Investigadores del Instituto de Neurociencias de Alicante han identificado por primera vez una señal molecular clave para la expansión de la corteza cerebral y la adquisición de su compleja arquitectura durante la evolución de los mamíferos. El hallazgo muestra que esta evolución no necesitó la aparición de nuevos genes, sino la regulación fina de los mecanismos genéticos ya existentes en los reptiles.
La modulación de la actividad de genes ampliamente conservados durante la evolución dio lugar a una nueva forma de neurogénesis más eficiente, que permitió en mamíferos la multiplicación exponencial del número de neuronas, la expansión de la corteza cerebral y, con ello, la aparición en última instancia de las capacidades que nos definen como humanos.
El laboratorio de Víctor Borrell, del Instituto de Neurociencias en Alicante –centro mixto de la Universidad Miguel Hernández de Elche y el CSIC– ha identificado por primera vez una señal molecular clave para la expansión de la corteza cerebral y la adquisición de su compleja arquitectura durante la evolución de los mamíferos.
"Este hallazgo tiene una importancia sin precedentes porque muestra que esta evolución no necesitó la aparición de nuevos genes, sino la regulación fina de los mecanismos genéticos ya existentes en los reptiles", afirman los autores del estudio publicado en la revista Cell.
El tamaño del cerebro es radicalmente diferente entre reptiles, aves y mamíferos debido fundamentalmente a la diferencia de tamaño y complejidad de la corteza cerebral, que llega a su máximo exponente en nuestra especie. Compuesta de seis capas de neuronas, frente a las tres de reptiles y aves, la corteza cerebral nos permite controlar características exclusivamente humanas, como la creatividad, el lenguaje, la escritura, la risa, las artes o la capacidad de planificar acciones y prever sus consecuencias.
La aparición de los amniotas
La expansión de la corteza cerebral se inició con el paso a tierra de los anfibios, en el Cámbrico, hace unos 500 millones de años, cuando la diversidad de formas de vida experimentó una gran explosión. En ese momento se produjo la aparición de los amniotas (reptiles, anfibios y aves), cuyo embrión está provisto de una cavidad rellena de líquido (amnios) que les permitía independizarse del agua para su reproducción y desarrollo.
Dejar el medio acuático supuso un gran reto para el primitivo cerebro, que experimentó profundas modificaciones para integrar la nueva información visual, acústica y olfativa que recibía fuera del agua, así como para adaptarse a la nueva locomoción terrestre, que necesitó el desarrollo de una musculatura corporal específica para mover las extremidades anteriores y posteriores.
Todas estas modificaciones hicieron evolucionar la pequeña y primitiva corteza cerebral de los anfibios hasta convertirse en la mucho más grande y compleja de los mamíferos.
Hasta ahora, se desconocían los mecanismos que regularon esta expansión de la corteza cerebral desde las tres capas de los reptiles y aves a las seis capas de los mamíferos. El laboratorio de Borrel ha dado un paso muy importante precisamente para comprender, tanto a nivel celular como genético, cómo tuvo lugar esta evolución, fundamental para dotarnos de características únicas.
En concreto, han identificado por primera vez una señal molecular clave para la expansión de la corteza cerebral y la adquisición de su compleja arquitectura en los mamíferos (neocorteza). "Este descubirmiento es aún más importante porque demuestra que esta evolución no se debió a la aparición de nuevos genes, como se ha sugerido recientemente, si no a la regulación fina de mecanismos genéticos ya existentes en reptiles, que son comunes en todos los amniotas".
Fue la regulación de los niveles de actividad de una vía de señalización altamente conservada, la del gen Robo (abreviatura de Roundabout, en inglés “rotonda”), la que hizo posible el cambio en la forma de generar nuevas neuronas, pasando de una neurogénesis directa y poco ineficaz a otra indirecta, mucho productiva, apuntan los autores.
Organoides cerebrales
Mientras que la neurogénesis directa, propia de reptiles y aves, limita el número de neuronas nuevas y, por tanto, el tamaño de la corteza cerebral, la aparición de la neurogénesis indirecta permitió la producción de un volumen de neuronas sin precedentes. Esto se logró con la disminución de la expresión del gen Robo durante la evolución de los amniotas, como mecanismo primario que impulsó la expansión y la complejidad de la corteza cerebral a lo largo de la escala evolutiva, agregan estas fuentes.
El equipo ha utilizado experimentos de ganancia y pérdida de función génica en embriones de ratones, pollos y serpientes, y también en organoides cerebrales humanos, para demostrar que los niveles bajos del gen Robo, combinados con niveles altos del gen Dll1, son necesarios y suficientes para conducir a la neurogénesis indirecta que permitió el desarrollo de la corteza cerebral cada vez más grande y compleja de los mamíferos.
Además, los investigadores han comprobado experimentalmente en serpientes y aves que la disminución de la señal de Robo y la potenciación de Dll1 recapitula este proceso evolutivo, dando lugar a la formación de células madre que solo se forman en el cerebro de mamíferos, y que son necesarias para la neurogénesis indirecta, también exclusiva de mamíferos.
Referencia bibliográfica:
Cárdenas et al. “Evolution of Cortical Neurogenesis in Amniotes Controlled by Robo Signaling Levels”. Cell (2018)
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