Gene humano faz o cérebro de macacos ficar maior e mais similar ao nosso

A expansão do cérebro humano durante a evolução dos hominídeos, especificamente o neocórtex cerebral, é fortemente ligada ao desenvolvimento das nossas altas capacidades cognitivas, como racionalidade e linguagem - algo que provavelmente se espelhou nos Neandertais e Denisovanos. Um certo gene chamado de ARHGAP11B que é encontrado apenas em humanos, está implicado na expansão neocortical, já que é expresso nas nossas células progenitoras dando origem aos neurônios neocorticais. Essa hipótese é reforçada pelo fato de que quando o gene é expresso em excesso no neocórtex de ratos e de furões, dois mamíferos distantes da nossa espécie (Homo sapiens) em termos evolucionários, características associadas com expansão do neocórtex podem ser induzidas. No entanto, ainda continuava incerto o que ocorreria se esse gene fosse expresso em primatas não-humanos e qual o seu real papel nos humanos.

Nesse sentido, em um novo estudo publicado na Science (1), pesquisadores do Instituto Max Planck de Biologia Celular Molecular (MPI-CBG), Dresden, Alemanha, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Keio, Tóquio, Japão, mostraram agora que esse gene, quando expresso em níveis fisiológicos, causa um substancial aumento no neocórtex de saguis, primatas da família Callitrichidae. Isso fortemente sugere que o gene ARHGAP11B parece ter, de fato, causado a expansão do neocórtex durante a evolução humana.

- Continua após o anúncio -

O neocórtex humano, a parte evolucionária mais jovem do córtex cerebral, é cerca de três vezes maior do que aquele presente nos nossos parentes evolutivos ainda vivos mais próximos - chimpanzés (gênero Pan). Durante a evolução, o neocórtex humano também passou a apresentar um crescente nível de dobras à medida que se expandia para se encaixar dentro do restrito espaço do crânio. E um dos principais questionamentos dos cientistas: como o nosso neocórtex ficou tão grande? Um dos suspeitos é o gene ARHGAP11B.

O gene ARHGAP11B emergiu há cerca de ~5 milhões de anos via duplicação (I) parcial do prevalente gene ARHGAP11A, o qual codifica o domínio proteico Rho-GAP localizado no núcleo celular. Essa emergência acompanhou a linhagem evolucionária levando aos Neandertais, Denisovanos e humanos modernos, e após essa linhagem ter se separado daquela levando aos chimpanzés-comuns e bonobos. No entanto, devido a uma mutação pontual (substituição de uma citosina para uma guanina no caso) que presumivelmente ocorreu após o evento de duplicação parcial e levando a uma mudança humana-específica na sua sequência proteica (47 aminoácidos), o gene ARHGAP11B não exibe atividade Rho-GAP in vivo e está localizado na mitocôndria (II), promovendo proliferação de progenitores basais, estes os quais estão implicados na expansão do neocórtex, via glutaminólise. Essa mutação pontual levou à perda de 55 nucleotídeos do RNA mensageiro do ARHGAP11B original, e ocorreu em algum momento entre 1,5 milhão e 500 mil anos atrás. Essa mutação foi positivamente selecionada e persistiu no gênero Homo provavelmente por fomentar um maior neocórtex.

----------

Para mais informações, acesse: 

• (I)  Como nova informação genética é gerada durante o processo evolutivo?
• (II) A mitocôndria não é um presente exclusivo da mãe 

No novo estudo, os pesquisadores resolveram testar a relevância do gene ARHGAP11B para a expansão neocortical em um primata não-humano bem mais próximo - em termos evolutivos - à nossa espécie do que os mamíferos até o momento testados. Para isso, os pesquisadores produziram saguis transgênicos capazes de expressar esse gene, usando microinjeções com vetores carregando o gene-alvo para oócitos de saguis e transferindo essas células embrionárias modificadas - sob desenvolvimento in vitro - para mães de aluguel 3-5 dias após a ovulação dessas fêmeas.

- Continua após o anúncio -

O experimento - que seguiu rígidas normas éticas - gerou um número de cérebros de fetos de saguis com 101 dias de idade (50 dias antes da data normal de nascimento), os quais foram exportados para Dresden, visando análises mais detalhadas no MPI-CBG. Os pesquisadores na Alemanha confirmaram que o neocórtex dos fetos transgênicos de sagui estavam substancialmente maiores do que o encontrado em espécimes selvagens e que a superfície dessa estrutura cerebral passou a exibir dobras, assim como aquelas vistas em humanos. Além disso, a placa cortical também mostrou-se mais grossa do que o normal, e um aumento no número de progenitores basais radiais da glia na zona sub-ventricular externa (aumento de ~3x) e de neurônios de camada-superior também foi observado. Esses neurônios de camada-superior são exatamente do tipo que aumenta na evolução dos primatas.

Nesse sentido, os resultados do estudo trazem forte evidência funcional de que o gene ARHGAP11B causa a expansão do neocórtex dos primatas, reforçando que a emergência desse gene pode ter sido essencial para a evolução do nosso cérebro e nossa alta capacidade cognitiva.

(1) Publicação do estudo: Science