¿Qué nos hace humanos, y de dónde viene esta misteriosa propiedad de la "humanidad"? Los humanos son genéticamente similares a los chimpancés y los bonobos, aunque existen diferencias obvias de comportamiento y cognitivas. Ahora, investigadores del Instituto Salk, en colaboración con investigadoresdel departamento de antropología de UC San Diego, han desarrollado una estrategia para estudiar más fácilmente el desarrollo temprano de las neuronas humanas en comparación con las neuronas de los primates no humanos. El estudio, que apareció en eLife el 7 de febrero de 2019, ofrece a los científicos una herramienta novedosa para la investigación fundamental del cerebro.
"Este estudio proporciona información sobre la organización del desarrollo del cerebro y sienta las bases para futuros análisis comparativos entre humanos y primates no humanos", dice uno de los autores principales del estudio, el presidente de Salk y el profesor Rusty Gage, quien posee el Viy John Adler, Cátedra de Investigación sobre Enfermedades Neurodegenerativas Relacionadas con la Edad.
Dos procesos importantes en el desarrollo del cerebro incluyen la maduración y migración de las neuronas. La maduración implica el crecimiento de las neuronas a medida que las neuronas aumentan sus conexiones entre sí para una mejor comunicación. La migración es el movimiento físico de las neuronas hacia diferentes partes del cerebro en desarrollo. Los autores buscaroncomparar la maduración de las neuronas y la migración entre humanos y primates no humanos.
Para llevar a cabo esta tarea, el laboratorio Gage ideó un nuevo método que utiliza la tecnología de células madre para extraer células de la piel de los primates y convencerlos, a través de un cóctel de virus y químicos, de convertirse en células progenitoras neurales, un tipo de célula que tiene la capacidad dese convierten en múltiples tipos de células en el cerebro, incluidas las neuronas. Estas nuevas líneas celulares de primates pueden propagarse perpetuamente, permitiendo a los investigadores nuevas vías para estudiar aspectos del desarrollo neuronal de neuronas vivas sin muestras de tejido de primates en peligro de extinción como chimpancés y bonobos.
"Esta es una estrategia novedosa para estudiar la evolución humana", dice Carol Marchetto, científica senior de Salk en el Laboratorio de Genética, coautora principal y uno de los autores principales del estudio. "Estamos felices de compartir estas células de primatesse alinea con la comunidad científica, de modo que los investigadores de todo el mundo puedan examinar el desarrollo del cerebro de los primates sin el uso de muestras de tejido. Anticipamos que esto conducirá a numerosos hallazgos nuevos en los próximos años sobre la evolución del cerebro ".
Los investigadores primero exploraron las diferencias en la expresión génica relacionadas con el movimiento neuronal, comparando células humanas, chimpancés y bonobo. También investigaron las propiedades de migración de las neuronas inherentes a cada especie. Encontraron 52 genes relacionados con la migración y, curiosamente,Las neuronas chimpancé y bonobo tuvieron períodos de migración rápida, mientras que las neuronas humanas tardaron en moverse.
Para comparar el movimiento y la maduración de las neuronas fuera de un plato, los científicos trasplantaron las células progenitoras neuronales de humanos y chimpancés en los cerebros de los roedores, permitiendo que las neuronas prosperen y proporcionando señales de desarrollo adicionales para que las neuronas se desarrollen.
Luego, los investigadores analizaron las diferencias en la distancia de migración, la forma y el tamaño de las neuronas hasta 19 semanas después del trasplante. Observaron la longitud, densidad y cantidad de extensiones de las neuronas llamadas dendritas, así como el tamaño de la célulacuerpos, que albergan el núcleo y el ADN.
Las neuronas de chimpancé migraron una distancia mayor y cubrieron un área 76 por ciento mayor que las neuronas humanas después de dos semanas. Las neuronas humanas fueron más lentas de desarrollar pero alcanzaron longitudes más largas que las neuronas de chimpancé. Este patrón de crecimiento más lento puede permitir que los humanos alcancen un mayor desarrollohitos que los primates no humanos, lo que podría explicar las diferencias en el comportamiento y las habilidades cognitivas.
En el futuro, los autores esperan construir un árbol evolutivo de múltiples especies de primates, utilizando líneas de células madre pluripotentes inducidas, para comprender mejor la evolución del cerebro humano. Además, los autores planean utilizar esta plataforma para estudiar genesdiferencias de regulación entre las especies de primates que subyacen a las diferencias en la maduración neuronal y pueden potencialmente afectar la organización del cerebro en humanos.
"Tenemos un conocimiento limitado sobre la evolución del cerebro, especialmente cuando se trata de diferencias en el desarrollo celular entre especies", dice Marchetto. "Estamos entusiasmados con las enormes posibilidades que este trabajo abre para el campo de la neurociencia y el cerebroevolución."
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Materiales proporcionado por Instituto Salk . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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