Una duplicación genética nos diferenció del resto de los primates

¿Qué cambios genéticos propiciaron la aparición de diferencias entre los humanos y otros primates en el proceso evolutivo de nuestra especie? Hasta la fecha, los científicos habían catalogado unos 30 genes que jugaron un papel en este proceso. Estos genes se duplicaron en nuestro genoma menos de seis millones de años antes de que la diferenciación comenzara.

Ahora, un equipo de investigadores de The Scripps Research Institute, en Estados Unidos, ha hecho un importante avance en la comprensión de la genética subyacente a la caracterización única del ser humano.

Concretamente, los científicos han conseguido demostrar que una copia extra de un gen implicado en el desarrollo cerebral, el SRGAP2, aparecida en el genoma de nuestros ancestros hace unos 2,4 millones de años, propició que las neuronas desarrollasen más conexiones.

Según los investigadores, dicha copia del SRGAP2 no aumentó la función del gen original, sino que interfirió con ella, proporcionando más tiempo a las neuronas para hacer sus conexiones, en un cerebro más grande.

Franck Polleux, responsable de la investigación declara en un comunicado de The Scripps Research Institute que este hallazgo parece ser “un importante ejemplo de la innovación genómica que contribuyó a la evolución humana”.

El científico añade que “el descubrimiento de que un gen duplicado pudo interactuar con un gen original también sugiere una nueva forma de pensar sobre cómo se produjo la evolución, y debería darnos claves sobre ciertos trastornos específicos del desarrollo, como la esquizofrenia o el autismo”.

La historia del SRGAP2

Hace varios años, Polleux y sus colaboradores, especializados en el estudio del desarrollo del cerebro humano, comenzaron a investigar las funciones del gen SRGAP2, entonces recién descubierto.

En sus análisis, realizados con ratones, se dieron cuenta de que este gen juega un papel clave en el desarrollo cerebral porque deforma las membranas del exterior de las neuronas jóvenes, forzando en ellas el crecimiento de unos apéndices neuronales conocidos como filopodios, que a su vez son precursores de las “espinas” o protuberancias de las dendritas neuronales, posibilitadoras de la comunicación entre neuronas.

Por otro lado, Polleux y su equipo constataron en otra investigación que el SRGAP2 se encontraba entre los genes que se duplicaron en el genoma humano durante el proceso de diferenciación de nuestra especie.

Teniendo en cuenta ambos hallazgos, los científicos decidieron determinar el efecto concreto en la diferenciación de nuestro cerebro de la duplicación del SRGAP2.

Más espinas, mayor comunicación neuronal

Para ello, en primer lugar realizaron un detallado estudio del cromosoma 1 humano, donde reside el SRGAP2. Allí encontraron que, efectivamente, había dos copias de este gen: la SRGAP2B y la SRGAP2C.

A partir de pruebas realizadas con cultivos de tejidos neuronales y células humanas para distinguir los productos proteícos del gen original y de sus copias, los científicos constataron que solo una de las versiones del gen original, la SRGAP2C, estaba biológicamente activa y presentaba un alto nivel de expresión.

¿Pero qué papel juega? Los investigadores descubrieron, en pruebas realizadas con ratones, que esta copia inhibe las funciones normales de la proteína del SRGAP2, lo que hace que las neuronas del córtex afectadas por el SRGAP2C humano migren más rápido, y tarden mucho más en producir sus espinas dendríticas.

Este retraso en la producción de las espinas provoca que las neuronas formen, al final de su desarrollo, muchas más espinas que en cualquier otro caso, es decir, que en última instancia propicia que se produzcan más conexiones entre las neuronas. Por esa razón, Polleux señala que: “El SRGAP2C fue importante para uno de nuestros cambios evolutivos clave”.

Consecuencias derivadas de los resultados

Estos resultados sugieren que la duplicación SRGAP2C del gen original SRGAP2 en el linaje Homo supuso una ventaja evolutiva. Pero, seguramente, hubo más genes implicados en el proceso de cambio que dio lugar a nuestra especie, tal y como la conocemos hoy día.

Dado que alrededor de otros 30 genes codificadores de proteínas se duplicaron a medida que el genoma homínido inicial evolucionó hacia el genoma humano, Polleux afirma que, lo más probable, es que entre todos ellos se produjera “una co-evolución de cambios genómicos, que hizo único al cerebro humano”.

Además de ayudar a comprender el desarrollo pasado de nuestro cerebro, estos hallazgos podrían tener implicaciones futuras ya que, según los científicos, la comprensión de las duplicaciones genéticas servirá para entender algunos de los trastornos de desarrollo humanos, como el autismo o la esquizofrenia, provocados por conexiones neuronales anómalas.

En este sentido, Polleux y sus colaboradores planean llevar a cabo más estudios genéticos para determinar si otras duplicaciones genéticas, como la del SRGAP2C, pueden provocar trastornos neurológicos del desarrollo. Los resultados del presente estudio han aparecido publicados en la revista especializada Cell.