Los mamíferos tienen un cerebro más grande, con más capas y más complejo que el de los reptiles. Eso explica la escala evolutiva, en la que el tamaño y la complejidad de la corteza cerebral llega a su máximo exponente en los seres humanos. Así, mientras los mamíferos tenemos seis capas en esta corteza, mientras que los reptiles sólo cuentan con tres. Pero este cambio, que comenzó con el paso a tierra de los anfibios hace unos 500 millones de años, no se explica por la aparición de nuevos genes, sino por el nivel de actividad de los conservados durante la evolución.
Esta es la principal conclusión de un estudio liderado del Instituto de Neurociencias en Alicante (CSIC-UMH), y que publica la revista Cell. “Nuestro descubrimiento nos dice que una parte importante de esa evolución del cerebro que llevó a que fuera cada vez más grande hasta llegar al cerebro humano, se debe a la regulación de la expresión génica”, ha explicado el director de la investigación, el doctor Víctor Borrell.
Abandonar el medio acuático hizo que el cerebro de los anfibios experimentara profundas modificaciones que hicieron evolucionar su corteza cerebral, pasando de ser pequeña y primitiva a mucho más grande y compleja, como es en el caso de los mamíferos. Y la clave para este cambio fue un aumento sin precedentes en el número de neuronas, a consecuencia del cual, la corteza cerebral pasó de tener tres capas, como ocurre con los reptiles, a tener seis, como en el caso de los mamíferos.
Nuestro genoma, ha añadido Borrell, codifica las letras del ADN dando instrucciones para que se formen un determinado tipo de proteínas. Estas “se generan en una cantidad mayor o menor en función de otras instrucciones que determinan ese número y que también están en nuestro ADN”. Así, durante la evolución se produjeron cambios en estos elementos que regulan la cantidad de proteínas, “de tal manera que entre los reptiles, las aves y nosotros, estamos usando las mismas proteínas para controlar cuántas neuronas generamos”.
Entonces, ¿qué factor marca la diferencia? A juicio de este investigador, “la parte del ADN responsable de la cantidad de proteínas que producimos es la que ha hecho que los mamíferos tengan más neuronas que los reptiles y los humanos, a su vez, más que mamíferos más pequeños”. En definitiva, “este aumento en el tamaño cerebral durante la evolución no se debe a la aparición de nuevas proteínas en nuestro ADN, sino a que cambiaron las instrucciones que dicen qué cantidad de esas proteínas hay que hacer”.
NEUROGÉNESIS INDIRECTA
El desarrollo de la corteza cerebral depende en gran medida de las células de glía radial, que son las células madre encargadas de generar neuronas y de guiarlas hasta sus destinos finales dentro del cerebro. Este proceso, la neurogénesis, puede realizarse de dos formas, directa o indirectamente. En el primer caso, esta célula madre se divide generando neuronas, de ahí que la capadidad de ‘producción’ sea más limitada. En cambio, en la neurogénesis indirecta, al dividirse, estas células madre pueden generar también “otro tipo de células madre que, a su vez, pueden aumentar en número y en última instancia, generar más neuronas”, ha destacado Borrell. Es decir, la célula madre “se autoamplifica y aumenta el número final de neuronas”.
Por todo ello, este estudio sostiene que el proceso que hizo posible esta producción masiva de neuronas y, por tanto, la expansión de la corteza cerebral, fue el paso de la neurogénesis directa a la indirecta. Y en este proceso, la regulación de los niveles de la proteína Robo fue esencial, ha resaltado Borrell. Así, una mayor presencia de este gen en la célula madre es síntoma de neurogénesis directa. Y “durante la evolución el genoma cambió de forma que las células madre en los reptiles producían mucha cantidad de proteína Robo y eso hacía que tuvieran neurogénesis directa, pero cuando llegamos a los mamífero, el genoma hace que la célula madre tenga muy poca proteína Robo y esté haciendo neurogénesis indirecta con muchas más neuronas”, ha concluido el investigador.
EXPERIMENTOS EN EMBRIONES ANIMALES Y ORGANOIDES HUMANOS
Para demostrar esta tesis, Borrel ha utilizado experimentos de ganancia y pérdida de función génica en embriones de ratones, pollos y serpientes, y también en organoides cerebrales humanos. Gracias a ellos, también ha comprobado en serpientes y aves cómo disminuyendo la señal de Robo y potenciando otro gen (Dll1) se puede recapitular este proceso evolutivo, dando lugar a la formación de células madre que solo se generan en el cerebro de mamíferos.
