Uma única mutação ajudou a separar cérebros humanos de cérebros neandertais
Uma pequena mudança pode ter feito uma enorme diferença.- A expansão do neocórtex foi um evento chave na evolução do cérebro humano.
- Um gene chamado TKTL1 difere ligeiramente em humanos e neandertais.
- Essa pequena diferença, no entanto, pode ser responsável por diferenças no tamanho e na forma dos cérebros humanos e neandertais.
Como o cérebro humano moderno evoluiu e como ele difere do cérebro dos neandertais e outras espécies de hominídeos extintas , é uma questão em aberto. A expansão do neocórtex foi um evento chave na evolução do cérebro humano, e agora pesquisadores na Alemanha dizem que identificaram uma mutação genética que conduziu esse processo.
Anneline Pinson do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular em Dresden e seus colegas examinou um gene chamado TKTL1 , que está ativo em neurônios imaturos no neocórtex fetal , e também está implicado na proliferação de células tumorais cerebrais .
TKTL1 codifica uma enzima que consiste em 596 resíduos de aminoácidos e é um dos poucos genes cuja sequência de DNA difere entre humanos e hominídeos arcaicos extintos. Dentro o genoma neandertal , o resíduo 317 é o aminoácido lisina, mas em humanos, este foi substituído por arginina. Essas diferenças aparentemente minúsculas podem importar muito.
Pinson e seus colegas analisaram conjuntos de dados de transcriptomas fetais humanos publicados anteriormente, revelando TKTL1 é expresso em uma população específica de células-tronco neurais no sistema nervoso em desenvolvimento a partir de nove semanas de gestação, e que seus níveis aumentam no lobo frontal imaturo, mas não em outras áreas. A proteína TKTL1 fetal humana é uma forma mais curta, porém, contendo apenas 540 resíduos, com a já mencionada substituição na posição 261.
TKTL1 não é expresso no córtex embrionário de camundongos, mas quando os pesquisadores inseriram o gene humano em embriões de camundongos, ele aumentou o número de células-tronco que dão origem aos neurônios do córtex frontal, resultando em mais neurônios recém-nascidos em estágios posteriores de desenvolvimento. Inserção do Neandertal TKTL1 gene não teve esse efeito.
Inscreva-se para receber histórias contra-intuitivas, surpreendentes e impactantes entregues em sua caixa de entrada todas as quintas-feirasOs pesquisadores também inseriram humanos TKTL1 em embriões de furão, que normalmente expressam a variante do gene, semelhante ao Neandertal, contendo lisina. Isso também aumentou o número de progenitores neurais e neurônios recém-nascidos, levando a uma expansão das camadas superiores do neocórtex.
Inversamente, deletar TKTL1 do tecido cerebral fetal humano reduziu o número de células-tronco neurais, e a inserção da variante neandertal em “organoides” cerebrais cultivados em laboratório reduziu o número de células-tronco e neurônios derivados delas.
Finalmente, Pinson e seus colegas determinaram a função da enzima TKTL1. Seus experimentos mostraram que ele promove a síntese de ácidos graxos que são inseridos na membrana das células-tronco neurais, que são cruciais para o crescimento de suas fibras e sua proliferação.
Esses achados mostram que uma mutação na sequência de DNA do TKTL1 O gene, causando uma única substituição de aminoácidos na sequência de proteínas humanas, é responsável pelos efeitos observados no comportamento das células-tronco neurais. Os pesquisadores concluem que essa simples mudança genômica pode contribuir para as diferenças de tamanho e forma do neocórtex humano e neandertal.
Não apenas um gene
O desenvolvimento do cérebro é um processo extremamente complexo, no entanto, e é altamente improvável que um único evento genético tenha sido responsável pela evolução do cérebro humano. De fato, o processo de evolução do cérebro humano provavelmente envolveu muitas centenas de genes e vários tipos diferentes de eventos genéticos, incluindo mudanças em sequências de DNA não codificantes, deleções e duplicações de genes, “genes saltadores” e outras mudanças genômicas em larga escala.
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