Muchos de los genes humanos de más rápida progreso vinculados a cambios evolutivos en el avance del cerebro

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Más de 3.000 regiones del genoma humano son muy diferentes en las personas de cualquier otro mamífero, incluidos nuestros parientes primates más cercanos. Ahora, un estudio publicado en la revista Neurona El 2 de septiembre tiene pruebas que confirman que casi la mitad de las llamadas regiones humanas aceleradas (HAR) han desempeñado un papel importante en la reescritura del curso del desarrollo del cerebro humano, ofreciendo importantes conocimientos sobre la base genética de la evolución humana.

«Probablemente una de las preguntas más interesantes en neurociencia es, ‘¿Qué nos hace humanos?'», Dice Christopher Walsh (@ chrisawalsh1) de la Universidad de Harvard y el Centro Allen Discovery para la Evolución del Cerebro Humano. «En particular, ¿qué tiene el cerebro humano que lo diferencia de los de otras especies estrechamente relacionadas? Observar las regiones humanas aceleradas nos ha proporcionado una forma muy centrada de investigar esta cuestión desde una perspectiva genética».

Para identificar sistemáticamente cuál de los 3.171 HAR identificados anteriormente es más probable que contribuya a la evolución reciente de la corteza cerebral humana, los investigadores examinaron el papel de estas regiones en la regulación genética en estudios de múltiples tipos de tejidos y células humanas y de ratón.

«Sabíamos al participar en este estudio que muchos HAR probablemente funcionarían como reguladores de la expresión génica en el cerebro, pero sabíamos muy poco sobre qué tipos de células en el cerebro funcionaban, dónde o en qué momento de la vida humana», explica Ellen DeGennaro. (@ViolinPlots), uno de los primeros autores del estudio en el laboratorio de Walsh. «Nuestro objetivo era llenar estos vacíos en el conocimiento sobre qué HAR desempeñaban funciones importantes en el cerebro y cómo, para que nosotros y otros investigadores pudiéramos tomar los HAR cerebrales más importantes y realizar pruebas más profundas de su función evolutiva».

Para superar las limitaciones de los métodos anteriores, Walsh y sus colegas desarrollaron un enfoque aplicado llamado CaptureMPRA. El nuevo método aprovecha las sondas de inversión molecular con códigos de barras para capturar secuencias diana que capturan elementos HAR completos y su ADN circundante, superando algunas limitaciones de técnicas anteriores. Usando este enfoque, buscaron diferencias importantes en la función potenciadora de HAR entre humanos y chimpancés.

También complementaron estos datos con datos epigenéticos en los HAR en células neurales fetales humanas para identificar los HAR que parecían desempeñar un papel importante en la guía del desarrollo del cerebro humano específico. Algunas de las actividades que descubrieron eran específicas del cerebro, en comparación con otros órganos del cuerpo. También encontraron una actividad aún más específica para ciertos tipos de células en el cerebro fetal que en el cerebro adulto.

En general, los nuevos hallazgos muestran que muchos HAR en realidad parecen actuar como potenciadores del desarrollo neurológico, informan los investigadores. Los nuevos datos sugieren que a medida que esas secuencias humanas divergieron de otros mamíferos, aumentaron enormemente su papel como potenciadores neuronales.

Los investigadores también muestran que un gen regulado por HAR en particular, llamado PPP1R17, ha experimentado un cambio rápido tanto en el tipo de célula como en los patrones de expresión de desarrollo entre primates y no primates y entre primates humanos y no humanos. Pasaron a demostrar que PPP1R17 retarda la progresión de las células progenitoras neurales a través del ciclo celular. Esto es notable dado que se sabe que el alargamiento del ciclo celular en primates no humanos y en humanos fuerza una ralentización del desarrollo neurológico, una característica importante del cerebro humano.

Los nuevos hallazgos definen muchos HAR que desempeñan funciones clave en los programas de regulación de genes neuronales; casi la mitad de todos los HAR exhiben accesibilidad de cromatina reproducible y actividad de mejora en células y tejidos neurales, según los investigadores. También desarrollaron un recurso en línea de fácil búsqueda (HARHub) que consta de los nuevos datos y conjuntos de datos publicados anteriormente sobre la variación de la secuencia HAR humana común y rara. Esta base de datos ahora sirve como un recurso para que los científicos hagan aún más descubrimientos. Ya ha ofrecido ideas interesantes.

«Nuestro trabajo proporciona un gran avance en el estudio de muchas regiones genómicas simultáneamente para ayudarnos a armar la imagen muy complicada pero convincente de la evolución del cerebro humano», dice Walsh. «Nuestros datos sugieren que la evolución del cerebro humano ha involucrado cambios en docenas o posiblemente incluso cientos de sitios en el genoma, en lugar de en un solo gen clave».

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