Un nuevo estudio es el primero en identificar cómo los cerebros humanos crecen mucho más, con tres veces más neuronas, en comparación con los cerebros de chimpancés y gorilas.
El estudio, dirigido por investigadores del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica (MRC), en Cambridge (Reino Unido), identificó un interruptor molecular clave que puede hacer que los organoides cerebrales de los simios crezcan más como los humanos, y viceversa.
El estudio, publicado en la revista ‘Cell’, comparó los “organoides cerebrales” –tejidos tridimensionales cultivados a partir de células madre que modelan el desarrollo temprano del cerebro– cultivados a partir de células madre humanas, de gorila y de chimpancé. Al igual que los cerebros reales, los organoides cerebrales humanos crecieron mucho más que los organoides de otros simios.
A las cinco semanas de edad, los organoides del cerebro humano (izquierda) son mucho más grandes que los de un gorila (arriba a la derecha) y un chimpancé (abajo a la derecha) Foto: S.BENITO-KWIECINSKI/MRC LMB/CELL
La doctora Madeline Lancaster, del Laboratorio de Biología Molecular del MRC, que dirigió el estudio, resalta que “esto proporciona una primera visión de lo que es diferente en el cerebro humano en desarrollo que nos diferencia de nuestros parientes vivos más cercanos, los otros grandes simios. La diferencia más llamativa entre nosotros y los demás simios es lo increíblemente grande que es nuestro cerebro”, añade.
Células progenitoras
Durante las primeras etapas del desarrollo del cerebro, las neuronas son producidas por células madre llamadas progenitoras neurales. Estas células progenitoras tienen inicialmente una forma cilíndrica que les facilita la división en células hijas idénticas con la misma forma.
Cuantas más veces se multipliquen las células progenitoras neurales en esta fase, más neuronas habrá después. Y a medida que las células maduran y ralentizan su multiplicación, se alargan, formando una forma parecida a la de un cono de helado estirado.
Anteriormente, las investigaciones en ratones habían demostrado que sus células progenitoras neuronales maduran en forma de cono y ralentizan su multiplicación en cuestión de horas. Ahora, los organoides cerebrales han permitido a los investigadores descubrir cómo se produce este desarrollo en humanos, gorilas y chimpancés. Comprobaron que en gorilas y chimpancés esta transición tarda mucho tiempo, ya que se produce en aproximadamente cinco días.
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Los progenitores humanos se retrasaron aún más en esta transición, tardando unos siete días. Las células progenitoras humanas mantuvieron su forma cilíndrica durante más tiempo que las de otros simios y durante este tiempo se dividieron con más frecuencia, produciendo más células.
Esta diferencia en la velocidad de transición de progenitores neurales a neuronas significa que las células humanas tienen más tiempo para multiplicarse. Esto podría ser en gran parte responsable del número aproximadamente tres veces mayor de neuronas en los cerebros humanos en comparación con los cerebros de gorilas o chimpancés.
“Un cambio sencillo”
Lancaster, que formó parte del equipo que creó los primeros organoides cerebrales en 2013, resalta que han descubierto que “un cambio retardado en la forma de las células en el cerebro temprano es suficiente para cambiar el curso del desarrollo, ayudando a determinar el número de neuronas que se fabrican”.
“Es sorprendente que un cambio evolutivo relativamente sencillo en la forma de las células pueda tener consecuencias importantes en la evolución del cerebro –prosigue–. Siento que hemos aprendido algo fundamental sobre las cuestiones que me interesan desde que tengo uso de razón: qué nos hace humanos”.
Para descubrir el mecanismo genético que impulsa estas diferencias, los investigadores compararon la expresión génica –qué genes se activan y desactivan– en los organoides cerebrales humanos frente a los otros simios. Identificaron diferencias en un gen llamado “ZEB2”, que se activaba antes en los organoides cerebrales de los gorilas que en los de los humanos.
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Para comprobar los efectos del gen en las células progenitoras del gorila, retrasaron los efectos de ZEB2. Esto ralentizó la maduración de las células progenitoras, haciendo que los organoides cerebrales de gorila se desarrollaran de forma más parecida a los humanos: más lentamente y más grandes.
Por el contrario, activar antes el gen ZEB2 en las células progenitoras humanas promovió una transición prematura en los organoides humanos, de modo que se desarrollaron de forma más parecida a los de los simios.
Los investigadores señalan que los organoides son un modelo y, como todos los modelos, no reproducen completamente los cerebros reales, especialmente la función cerebral madura. Pero para cuestiones fundamentales sobre nuestra evolución, estos tejidos cerebrales en una placa proporcionan una visión sin precedentes de etapas clave del desarrollo del cerebro que sería imposible estudiar de otro modo.
