Células madre neurales del cerebro de un chimpancé, utilizadas en esta investigación para compararlas con el desarrollo de un cerebro humano. Imagen: Instituto Salk / Carol Marchetto / Ana PD Mendes.
Un estudio comparativo sobre cómo se forma el cerebro en humanos y primates no humanos ha descubierto que le lentitud en el desarrollo de las neuronas es la que marca la diferencia que muestran ambas especies en capacidad cognitiva y en comportamiento.
Ese patrón de crecimiento más lento permite a los humanos alcanzar más hitos de desarrollo que los primates no humanos, a pesar de la similitud genética que caracteriza a ambas especies: comparten casi el 99% de la secuencia básica de su ADN.
Dos procesos importantes en el desarrollo del cerebro incluyen la maduración y migración de las neuronas. La maduración implica el aumento del tamaño de las neuronas a medida que crecen sus conexiones con otras neuronas para mejorar la comunicación (sinapsis). La migración es el movimiento físico de las neuronas a través de diferentes regiones durante el desarrollo del cerebro.
Para llegar a esta conclusión, los autores de este estudio, pertenecientes al Instituto Salk de Estudios Biológicos situado en La Jolla (California), compararon la maduración de las neuronas y su migración en los cerebros de humanos y primates no humanos.
Primero exploraron las diferencias en la expresión génica relacionada con el movimiento neuronal, comparando células de humanos y de chimpancés bonobos. También investigaron las propiedades de migración de las neuronas inherentes a cada especie.
Descubrieron 52 genes relacionados con la migración y observaron que las neuronas de los chimpancés bonobos tuvieron períodos de rápida migración, mientras que las neuronas humanas se movieron lentamente.
Células madre neurales
Con el fin de comparar el movimiento y la maduración de las neuronas en vivo, los científicos trasplantaron las células madre neurales de los humanos y chimpancés a cerebros de roedores, lo que no sólo permitió que las neuronas prosperaran en un entorno natural, sino que también mostraran a los investigadores información adicional sobre su desarrollo.
Los investigadores analizaron a continuación las diferencias en la distancia de migración, la forma y el tamaño de las neuronas hasta 19 semanas después del trasplante. Observaron la longitud, la densidad y la cantidad de extensiones de las neuronas llamadas dendritas, así como el tamaño de los cuerpos celulares, que albergan el núcleo y el ADN.
Fue así como comprobaron que las neuronas del chimpancé migraron a una distancia mayor y cubrieron un área 76 por ciento mayor que las neuronas humanas después de dos semanas. Las neuronas humanas se desarrollaron más lentamente, pero finalmente alcanzaron longitudes más largas que las neuronas del chimpancé.
Este patrón de crecimiento más lento es el que permite a los humanos alcanzar más hitos de desarrollo que los primates no humanos, lo que podría explicar las diferencias en el comportamiento y las capacidades cognitivas, señalan los investigadores.
"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 y presidente del Instituto Salk, Rusty Gage, en un comunicado.
Ese patrón de crecimiento más lento permite a los humanos alcanzar más hitos de desarrollo que los primates no humanos, a pesar de la similitud genética que caracteriza a ambas especies: comparten casi el 99% de la secuencia básica de su ADN.
Dos procesos importantes en el desarrollo del cerebro incluyen la maduración y migración de las neuronas. La maduración implica el aumento del tamaño de las neuronas a medida que crecen sus conexiones con otras neuronas para mejorar la comunicación (sinapsis). La migración es el movimiento físico de las neuronas a través de diferentes regiones durante el desarrollo del cerebro.
Para llegar a esta conclusión, los autores de este estudio, pertenecientes al Instituto Salk de Estudios Biológicos situado en La Jolla (California), compararon la maduración de las neuronas y su migración en los cerebros de humanos y primates no humanos.
Primero exploraron las diferencias en la expresión génica relacionada con el movimiento neuronal, comparando células de humanos y de chimpancés bonobos. También investigaron las propiedades de migración de las neuronas inherentes a cada especie.
Descubrieron 52 genes relacionados con la migración y observaron que las neuronas de los chimpancés bonobos tuvieron períodos de rápida migración, mientras que las neuronas humanas se movieron lentamente.
Células madre neurales
Con el fin de comparar el movimiento y la maduración de las neuronas en vivo, los científicos trasplantaron las células madre neurales de los humanos y chimpancés a cerebros de roedores, lo que no sólo permitió que las neuronas prosperaran en un entorno natural, sino que también mostraran a los investigadores información adicional sobre su desarrollo.
Los investigadores analizaron a continuación las diferencias en la distancia de migración, la forma y el tamaño de las neuronas hasta 19 semanas después del trasplante. Observaron la longitud, la densidad y la cantidad de extensiones de las neuronas llamadas dendritas, así como el tamaño de los cuerpos celulares, que albergan el núcleo y el ADN.
Fue así como comprobaron que las neuronas del chimpancé migraron a una distancia mayor y cubrieron un área 76 por ciento mayor que las neuronas humanas después de dos semanas. Las neuronas humanas se desarrollaron más lentamente, pero finalmente alcanzaron longitudes más largas que las neuronas del chimpancé.
Este patrón de crecimiento más lento es el que permite a los humanos alcanzar más hitos de desarrollo que los primates no humanos, lo que podría explicar las diferencias en el comportamiento y las capacidades cognitivas, señalan los investigadores.
"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 y presidente del Instituto Salk, Rusty Gage, en un comunicado.
Nueva estrategia con células madre
Para llevar a cabo esta tarea, el equipo ideó un nuevo método que utiliza tecnología de células madre para extraer células de la piel de los primates y “convencerlas”, mediante un virus y cócteles químicos, para que se conviertan en células progenitoras neurales, un tipo de célula que tiene la capacidad de convertirse en múltiples tipos de células en el cerebro, incluyendo neuronas.
Estas nuevas líneas celulares de primates pueden luego propagarse perpetuamente, lo que permite a los investigadores nuevas vías para estudiar aspectos del desarrollo de neuronas vivas sin muestras de tejido de primates en peligro de extinción, como los chimpancés y los bonobos.
"Esta es una estrategia novedosa para estudiar la evolución humana", señala Carol Marchetto, otra de las autoras principales del estudio. "Estamos felices de compartir estas líneas celulares de primates 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 llevará a numerosos hallazgos nuevos en los próximos años sobre la evolución del cerebro", concluye.
Para llevar a cabo esta tarea, el equipo ideó un nuevo método que utiliza tecnología de células madre para extraer células de la piel de los primates y “convencerlas”, mediante un virus y cócteles químicos, para que se conviertan en células progenitoras neurales, un tipo de célula que tiene la capacidad de convertirse en múltiples tipos de células en el cerebro, incluyendo neuronas.
Estas nuevas líneas celulares de primates pueden luego propagarse perpetuamente, lo que permite a los investigadores nuevas vías para estudiar aspectos del desarrollo de neuronas vivas sin muestras de tejido de primates en peligro de extinción, como los chimpancés y los bonobos.
"Esta es una estrategia novedosa para estudiar la evolución humana", señala Carol Marchetto, otra de las autoras principales del estudio. "Estamos felices de compartir estas líneas celulares de primates 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 llevará a numerosos hallazgos nuevos en los próximos años sobre la evolución del cerebro", concluye.
Referencia
Species-specific maturation profiles of human, chimpanzee and bonobo neural cells. Maria C Marchetto et al. eLife 2019;8:e37527. DOI: 10.7554/eLife.37527
Species-specific maturation profiles of human, chimpanzee and bonobo neural cells. Maria C Marchetto et al. eLife 2019;8:e37527. DOI: 10.7554/eLife.37527