Los investigadores descubren tres genes que pudieron haber contribuido a la evolución del cerebro humano grande

Un equipo nuevamente descubierto de genes podría ayudar a explicar cómo los seres humanos divergieron de otros monos.

Tres genes implicados en la generación de la célula nerviosa en el cerebro emergieron hace áspero 3,5 millones de años y pudieron haber contribuido a la evolución rápida del cerebro humano grande, el investigador (HHMI) David Haussler del Howard Hughes Medical Institute y los colegas denuncian el 31 de mayo de 2018, en la célula del gorrón. Que el trabajo - y un papel de un equipo de investigación independiente publicó en la misma entrega - determina los genes que ayudan a construir el neocortex, la capa exterior arrugada del cerebro que da a seres humanos nuestra capacidad de pensar, de proyectar, y razón.

Hasta ahora, los genes habían sido inexplorados, encubierto por un desvío en la versión publicada del genoma humano. Estos genes, y otros únicos a los seres humanos, pistas de la oferta sobre qué nos separan de chimpancés, dicen Haussler, de la Universidad de California, Santa Cruz (UCSC).

La “comprensión y cómo somos diferentes de la otra especie ha sido una búsqueda científica por milenios,” él dice. “Estos estudios ayudan a dirigir la cuestión histórica de qué nos hace humanos.”

Historia antigua

Cerca de 6,5 millones de años hace, seres humanos y chimpancés divergió de un antepasado común. Algunos millón de años después de ese, la talla del cerebro humano comenzó a crecer. “Si usted observa los cráneos de los fósiles de nuestros antepasados, usted puede ver esta extensión,” Haussler dice.

Hoy, el neocortex humano es cerca de tres veces más grande que el de un chimpancé, pero los investigadores no han determinado todos los factores genéticos responsables de la diferencia. Desde los seres humanos y los chimpancés partidos, el genoma humano ha experimentado áspero 15 millones de cambios - pellizcos a las cartas de la DNA que componen nuestro libro de instrucciones genético.

Haussler está versado en los detalles de los genes de la gente. Sus personas eran parte del proyecto del genoma humano, la búsqueda plurianual de explicar todas las cartas de la DNA que componen genes de los seres humanos los áspero 20.000. Haussler y los colegas asentaron el primer esbozo del genoma humano en el Internet el 7 de julio de 2000. Una versión oficial salió en 2003, pero sigue siendo obras en fase de creación, él dice. “Mantenemos el llenar pequeños entrehierros y lugares que clarifican que éramos inciertos alrededor.”

Los investigadores también tienen que decidir qué variantes de los genes a incluir. Los seres humanos todos tienen las mismas heliografías básicas, pero los genes se pueden cambiar, suprimir, y venir en diversos “sabores.” El genoma oficial es “sobre todo algún tirante anónimo del búfalo,” Haussler dice, pero los científicos han intercambiado fuera algunos de sus genes alterados para construir una versión más completa del genoma.

Ahora están en la versión 38, y cada nueva iteración puede desenterrar pepitas valiosas de la información. Para las personas de Haussler, la versión 38 golpeó el oro.

Pedazos faltantes

Haussler y sus colegas habían estado creciendo embrionarios cerebro-como las estructuras en el laboratorio y buscar diferencias entre ésos hizo de seres humanos y de macacos de la India. Sus personas intentaban establecer claramente los genes que eran activos solamente en desarrollar cerebros humanos. Tales genes podían incluir una llave a la talla del cerebro humano - e inteligencia humana.

Hace aproximadamente seis años, el co-autor Frank Jacobs del estudio, entonces en el laboratorio de Haussler y ahora en la universidad de Amsterdam, descubrió a un candidato prometedor - un gen llamado NOTCH2NL. Es un pariente de NOTCH2, un gen que los científicos conocían eran centrales al revelado temprano del cerebro, Haussler dice. NOTCH2 controla decisiones vitales en relación con cuando y cuántas neuronas a hacer.

Cuando las personas de Haussler observaban en la versión oficial del genoma humano en aquel momento - la versión 37 - NOTCH2NL aparecía ser situado en el cromosoma 1 cerca de una región conectada a la talla anormal del cerebro. Suprima un trozo de la región, y los cerebros tienden a encogerse. La parte duplicado de ella, y los cerebros tienden a crecer demasiado.

“Pensamos, “oh, esto es increíble, “” Haussler dice. NOTCH2NL parecía verificar todas las cajas para saber si hay un papel dominante en el revelado del cerebro humano. Pero cuando las personas correlacionaron la situación exacta de NOTCH2NL en el genoma, descubrieron que el gen no estaba real en la región cromosómica relevante después de todo; el candidato una vez que-prometedor parecía ser un desastre.

“Éramos descorazonados,” Haussler dice. Que todos cambiaron con la versión oficial siguiente del genoma humano - versión 38. En esta iteración, NOTCH2NL fue situado en la región crucial - “y había tres versiones de ella!” él dice. Durante tres millones de años pasados, sus personas calculadas, NOTCH2NL copia-fueron pegadas en varias ocasiones en el genoma, qué él llama “una serie de accidentes genéticos.”

El análisis genético de varias especies del primate reveló que los tres genes existen solamente en seres humanos y sus parientes recientes, los Neanderthals y Denisovans, no en chimpancés, gorilas, u orangutanes. Cuál es más, la sincronización de los fósforos de la aparición de estos genes hacia arriba con el período en el archivo cuando los cráneos de nuestros antepasados comenzaron a aumentar, Haussler del fósil dice. Junto, los resultados sugieren que los genes de NOTCH2NL desempeñaran un papel en reforzar talla del cerebro humano.

“Pensé, oh mi dios, toda ajusta realmente junta ahora,” él dice.

Amplificadores auxiliares del cerebro

El biólogo de célula de UCSC Sofie Salama llevó esfuerzos de imaginar cómo estos genes pudieron trabajar - y cómo puede ser que contribuyan a la enfermedad.

Los experimentos con los remiendos laboratorio-crecidos del tejido cerebral del ratón y de las células madres embrionarias humanas hicieron alusión que los genes de NOTCH2NL informan cerebros que se convierten hacer a más progenitores de la neurona. Éstos son como pocos fábricas de la neurona, Haussler dice. Más progenitores significan más neuronas - y cerebros final más grandes.

Los genes de NOTCH2NL transportan probablemente este mensaje cerebro-creciente vía el camino bien estudiado de la transmisión de señales de la muesca, Salama y sus colegas descubiertos. Los científicos sabían ya que las células confían en este camino para la función neuronal apropiada. Tener tres genes activos de NOTCH2NL pone en marcha con la manivela hacia arriba la mensajería, “agregando un empuje extra al camino,” Salama dice.

Las desviaciones en los números de la copia de estos genes se podían atar a los desordenes neurológicos con excepción de talla anormal del cerebro, los investigadores encontrados. Un análisis de células a partir de seis pacientes del autismo en la variación de Simons en proyecto de individuos reveló que cada paciente había perdido o las partes ganadas de genes de NOTCH2NL. Hasta ahora, los científicos no habían correlacionado las regiones genomic exactas duplicadas o cosechadas fuera.

La correspondencia exacta era difícil, Salama dice, porque esa área del genoma es tan repetidor - el montaje de la serie correcta de la DNA es como intentar juntar un rompecabezas con los pedazos casi idénticos.

Pero las personas desarrollaron una tecnología de secuencia para resolver el problema, y establecieron claramente cómo los genes de NOTCH2NL fueron juntados incorrectamente en los pacientes con autismo. Los resultados sugieren un enlace directo entre el desorden y los genes modificados de NOTCH2NL, Salama dice.

Las conclusión de las personas de Haussler están de acuerdo con ésas de la universidad del laboratorio de Bruselas (ULB) del neurólogo Pierre Vanderhaeghen, cuyo papel aparece junto a Haussler en célula. Vanderhaeghen y sus colegas diseñaron un método de cómputo para ayudar a descubrir los genes activos durante el revelado fetal humano del cerebro. El gen superior en el filete era el mismo un Haussler determinado - NOTCH2NL. “Es que tomamos al mismo candidato estupendo-fresco,” Vanderhaeghen muy emocionante dice.

El trabajo muestra la importancia de la duplicación de gen como fuerza en la evolución, dice al investigador de HHMI

Estos genes y otros como ellos están estimulando ya nuevas preguntas. En seres humanos modernos, por ejemplo, NOTCH2NL existe en por lo menos ocho iteraciones ligeramente diversas - variaciones sutiles en la orden de las cartas de la DNA que componen el gen. Haussler dice que es no entendible qué efecto estas diferencias pueden tener. Y las personas de Vanderhaeghen tienen otros genes neurodevelopmental del candidato en el filete que incluye NOTCH2NL. “Éstos son los candidatos superiores de genes humano-específicos,” él dice. “Nadie los ha estudiado todavía.”

Un buceo de profundidad en el genoma podría ser un Gateway a explicar la evolución humana y capacidad intelectual, Haussler dice. La “comprensión de la llave a nuestras mayores capacidades cognoscitivas es una oportunidad enorme de nuestro tiempo. Esto es un área para que los científicos jovenes sean excitados alrededor.”