Los humanos modernos generan más neuronas cerebrales que los neandertales

¿Qué hace que el hombre moderno sea único? Las comparaciones con nuestros parientes más cercanos, los neandertales, por lo tanto, brindan información fascinante. Se cree que una de las principales explicaciones de la evolución de la cognición humana ha sido el aumento del tamaño del cerebro y la producción de neuronas a lo largo del desarrollo del cerebro.

Los cerebros de los neandertales eran similares en tamaño a los humanos modernos, pero diferían en forma. Lo que no podemos decir de los fósiles es cómo los cerebros de los neandertales podrían haber diferido en la función u organización de las capas cerebrales, como la neocorteza.

Científicos de Instituto Max Planck of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) en Dresden han analizado ahora el efecto de un solo cambio de aminoácido en la proteína 1 similar a la transcetolasa (TKTL1) en la producción de glía radial basal, los caballos de batalla que generan gran parte de la neocorteza. Descubrieron que la variante humana moderna de la proteína TKTL1, que difiere en solo un aminoácido de la variante neandertal, aumenta un tipo de célula progenitora cerebral, llamada glía basal radial, en la era moderna. cerebro humano.

La mayoría de las neuronas en la neocorteza en crecimiento, un área del cerebro esencial para muchas funciones cognitivas, son producidas por células gliales radiales basales. Los científicos concluyen que esta sustitución de un solo aminoácido específico de humanos en TKTL1 subyace a una mayor producción de neuronas en el lóbulo frontal en desarrollo de la neocorteza en los humanos modernos que en los neandertales, porque la actividad de TKTL1 es particularmente alta en el lóbulo frontal del cerebro humano fetal.

El último estudio del grupo de investigación de Wieland Huttner, uno de los directores fundadores del Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) de Dresde, se llevó a cabo en colaboración con Svante Pääbo, director del ‘Max Planck Instituto de Antropología Evolutiva de Leipzig y Pauline Wimberger del Hospital Universitario de Dresde y sus colegas.

Los científicos se centraron principalmente en: la proteína similar a la transcetolasa 1 (TKTL1). En los humanos modernos, TKTL1 contiene una arginina en la posición de la secuencia en cuestión, mientras que Neanderthal TKTL1 contiene el aminoácido relacionado lisina. En la neocorteza fetal humana, TKTL1 se encuentra en las células progenitoras neocorticales, las células de las que derivan todas las neuronas corticales. En particular, el nivel de TKTL1 es más alto en las células progenitoras del lóbulo frontal.

Los científicos han explorado la importancia de este cambio de aminoácido para el desarrollo de la neocorteza. Introdujeron la variante humana moderna o neandertal de TKTL1 en la neocorteza de embriones de ratón.

Observaron que las células gliales radiales basales, el tipo de progenitores neocorticales que se cree que son la fuerza impulsora detrás de un cerebro más grande, aumentaron con la variante humana moderna de TKTL1 pero no con la variante neandertal. Por lo tanto, los cerebros de embriones de ratón con TKTL1 humano moderno contenían más neuronas.

Luego, los investigadores examinaron la importancia de estos efectos para el crecimiento del cerebro humano. Para lograrlo, utilizaron organoides del cerebro humano– estructuras similares a órganos en miniatura que se pueden cultivar a partir de células madre humanas en placas de cultivo celular en el laboratorio y que imitan aspectos del desarrollo temprano del cerebro humano – para reemplazar la arginina en el TKTL1 humano moderno con la lisina característica del Neanderthal TKTL1.

Anneline Pinson dijo, “Encontramos que con el tipo de aminoácido neandertal en TKTL1, se produjeron menos células gliales radiales basales que con el tipo humano moderno y, por lo tanto, también menos neuronas. Esto nos muestra que aunque no sabemos cuántas neuronas tenía el cerebro neandertal, podemos suponer que los humanos modernos tienen más neuronas en el lóbulo frontal del cerebro, donde la actividad de TKTL1 es más alta que en los neandertales.

Los científicos también descubrieron que la TKTL1 humana moderna actúa a través de cambios metabólicos, estimulando específicamente la vía de las pentosas fosfato seguida de una mayor síntesis de ácidos grasos. De esta manera, se cree que la TKTL1 humana moderna aumenta la síntesis de lípidos de membrana específicos necesarios para generar el largo proceso de células gliales radiales basales que estimula su proliferación y, en consecuencia, aumenta la producción de neuronas.

Wieland Huttner, quien supervisó el estudio, dijo: “Este estudio implica que la producción de neuronas en la neocorteza durante el desarrollo fetal es mayor en los humanos modernos que en los neandertales, particularmente en el lóbulo frontal. Es tentador suponer que esto ayudó a las habilidades cognitivas humanas modernas asociadas con el lóbulo frontal.

Referencia de la revista:

1. Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, et al. La TKTL1 humana implica una mayor neurogénesis en la neocorteza frontal de los humanos modernos que en los neandertales. La ciencia. 09 de septiembre de 2022 DOI: 10.1126/ciencia.abl6422