O que torna os humanos modernos únicos? As comparações com os nossos parentes mais próximos, os Neandertais, fornecem, portanto, insights fascinantes. Acredita-se que uma das principais explicações para a evolução da cognição humana tenha sido o aumento do tamanho do cérebro e da produção de neurônios ao longo do desenvolvimento do cérebro.
Os cérebros dos neandertais eram semelhantes em tamanho aos dos humanos modernos, mas diferiam na forma. O que não podemos dizer a partir dos fósseis é como os cérebros dos Neandertais podem ter diferido na função ou na organização das camadas cerebrais, como o neocórtex.
Cientistas de Instituto Max Planck de Biologia Celular e Molecular e Genética (MPI-CBG) em Dresden analisaram agora o efeito de uma única alteração de aminoácido na proteína tipo transcetolase 1 (TKTL1) na produção de glia radial basal, os cavalos de batalha que geram grande parte do neocórtex . Eles descobriram que a variante humana moderna da proteína TKTL1, que difere da variante neandertal em apenas um único aminoácido, aumenta um tipo de células progenitoras cerebrais, chamadas glia radial basal, no moderno cérebro humano.
A maior parte dos neurônios no neocórtex em crescimento, uma área do cérebro essencial para muitas funções cognitivas, é produzida por células gliais radiais basais. Os cientistas concluem que esta única substituição de aminoácido específico do homem no TKTL1 está subjacente a uma maior produção de neurônios no lobo frontal em desenvolvimento do neocórtex nos humanos modernos do que nos neandertais, porque a atividade do TKTL1 é particularmente alta no lobo frontal do cérebro humano fetal.
O último estudo do grupo de pesquisa de Wieland Huttner, um dos diretores fundadores do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Molecular e Genética (MPI-CBG) em Dresden, foi realizado em colaboração com Svante Pääbo, diretor do Instituto Max Planck. para Antropologia Evolucionária em Leipzig, e Pauline Wimberger do Hospital Universitário Dresden e seus colegas.
Os cientistas se concentraram principalmente em: a proteína tipo transcetolase 1 (TKTL1). Em humanos modernos, o TKTL1 contém uma arginina na posição da sequência em questão, enquanto o Neandertal TKTL1 contém o aminoácido relacionado lisina. No neocórtex fetal humano, o TKTL1 é encontrado nas células progenitoras neocorticais, as células das quais derivam todos os neurônios corticais. Notavelmente, o nível de TKTL1 é mais elevado nas células progenitoras do lobo frontal.
Os cientistas exploraram o significado desta mudança de aminoácido para o desenvolvimento do neocórtex. Eles introduziram a variante humana moderna ou a variante neandertal do TKTL1 no neocórtex de embriões de camundongos.
Eles observaram que as células gliais radiais basais, o tipo de progenitores neocorticais considerados a força motriz para um cérebro maior, aumentaram com a variante humana moderna do TKTL1, mas não com a variante Neandertal. Consequentemente, os cérebros dos embriões de camundongos com o TKTL1 humano moderno continham mais neurônios.
Em seguida, os pesquisadores analisaram o quão significativos esses efeitos eram para o crescimento do cérebro humano. Para conseguir isso, eles usaram organoides do cérebro humano- estruturas semelhantes a órgãos em miniatura que podem ser cultivadas a partir de células-tronco humanas em placas de cultura de células no laboratório e que imitam aspectos do desenvolvimento inicial do cérebro humano - para trocar a arginina no TKTL1 humano moderno pela lisina característica do Neandertal TKTL1.
Anneline Pinson disse: “Descobrimos que com o aminoácido do tipo Neandertal no TKTL1, foram produzidas menos células gliais radiais basais do que com o tipo humano moderno e, como consequência, também menos neurônios. Isto mostra-nos que, embora não saibamos quantos neurónios o cérebro do Neandertal tinha, podemos assumir que os humanos modernos têm mais neurónios no lobo frontal do cérebro, onde a atividade do TKTL1 é mais elevada do que a dos Neandertais.”
Os cientistas também descobriram que o TKTL1 humano moderno atua através de alterações no metabolismo, estimulando especificamente a via das pentoses fosfato seguida pelo aumento da síntese de ácidos graxos. Desta forma, acredita-se que o TKTL1 humano moderno aumenta a síntese de lipídios de membrana específicos necessários para gerar o longo processo de células gliais radiais basais que estimula sua proliferação e, portanto, aumenta a produção de neurônios.
Wieland Huttner, que supervisionou o estudo, disse: “Este estudo implica que a produção de neurônios no neocórtex durante o desenvolvimento fetal é maior nos humanos modernos do que nos neandertais, em particular no lobo frontal. É tentador especular que isto promoveu capacidades cognitivas humanas modernas associadas ao lobo frontal.”
Jornal de referência:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, et al. O TKTL1 humano implica maior neurogênese no neocórtex frontal dos humanos modernos do que nos Neandertais”, Ciência. 09 de setembro de 2022 DOI: 10.1126/science.abl6422
