Suche
Mein Konto
Así se hizo más grande el cerebro humano: nuestras células se enfrentaron al estrés del tamaño
Los científicos estudian cómo las células cerebrales humanas afrontan el estrés para favorecer el crecimiento de nuestros grandes cerebros.
Así se hizo más grande el cerebro humano: nuestras células se enfrentaron al estrés del tamaño
Los humanos hemos desarrollado cerebros desproporcionadamente grandes en comparación con nuestros parientes primates, pero esta mejora neurológica tuvo un precio. Los científicos que estudian esta compensación han descubierto rasgos genéticos únicos que revelan cómo las células cerebrales humanas enfrentan el estrés de mantener en funcionamiento un cerebro grande. Esta investigación podría abrir nuevos enfoques para comprender mejor enfermedades como el Parkinson y la esquizofrenia.
El estudio publicado el 15 de noviembre. 1 Se centra en las neuronas que producen el neurotransmisor dopamina. Esto es crucial para el movimiento, el aprendizaje y el procesamiento emocional.
Al comparar miles de neuronas de dopamina cultivadas en laboratorio de humanos, chimpancés, macacos y orangutanes, los investigadores encontraron que las neuronas de dopamina humanas expresan más genes que promueven la actividad de antioxidantes dañinos que las neuronas de otros primates.
Los resultados, que aún no han sido revisados por pares, son un paso hacia "comprender la evolución del cerebro humano y todos los posibles aspectos positivos y negativos asociados con ella", explica Andre Sousa, neurocientífico de la Universidad de Wisconsin-Madison. "Es interesante e importante descubrir realmente qué tiene de específico el cerebro humano, con potencial para desarrollar nuevas terapias o incluso prevenir enfermedades en el futuro".
Neuronas estresadas
Así como caminar erguido ha provocado problemas de rodilla y espalda, y los cambios en la estructura de la mandíbula y la dieta han provocado problemas dentales, la rápida expansión del cerebro humano a lo largo del tiempo evolutivo ha creado desafíos para sus células, dice el coautor del estudio Alex Pollen, neurocientífico de la Universidad de California en San Francisco. "Presumimos que ocurrió un proceso similar y que estas neuronas de dopamina pueden representar articulaciones vulnerables".
Utilizando una técnica de imagen, Pollen y su equipo demostraron que dos regiones del cerebro que requieren dopamina son significativamente más grandes en los humanos que en los macacos. La corteza prefrontal es 18 veces más grande y el cuerpo estriado es casi siete veces más grande.
Aún así, los humanos sólo tienen aproximadamente el doble de neuronas de dopamina que sus parientes primates, dice Pollen. Por lo tanto, estas neuronas tienen que estirarse más y trabajar más duro (cada una formando más de dos millones de sinapsis) en el cerebro humano, más grande y complejo.
"Las neuronas de dopamina son verdaderos atletas", dice Nenad Sestan, neurocientífico del desarrollo de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut. "Están constantemente activados".
Para comprender cómo las neuronas dopaminérgicas humanas pueden haberse adaptado para satisfacer las demandas de un cerebro grande, Pollen y sus colegas cultivaron versiones de estas células en el laboratorio.
Combinaron células madre, que pueden convertirse en muchos tipos de células, de ocho humanos, siete chimpancés, tres macacos y un orangután y las cultivaron hasta convertirlas en estructuras miniaturizadas similares a cerebros llamadas organoides. Después de 30 días, estas estructuras comenzaron a producir dopamina, imitando un cerebro en desarrollo.
Luego, el equipo secuenció genéticamente las neuronas de dopamina para medir qué genes se activaban y cómo se regulaban.
En un análisis de neuronas humanas y de chimpancé, los investigadores descubrieron que las neuronas humanas expresaban niveles más altos de genes que controlan el estrés oxidativo, un tipo de daño celular que puede ser causado por el proceso de producción de dopamina que consume mucha energía. Estos genes codifican enzimas que descomponen y neutralizan moléculas tóxicas llamadas especies reactivas de oxígeno que pueden dañar las células.
Para investigar si las neuronas dopaminérgicas humanas pueden haber desarrollado respuestas únicas al estrés, los autores aplicaron un pesticida que causa estrés oxidativo a los organoides. Descubrieron que las neuronas que se desarrollaron a partir de células humanas aumentaron la producción de una molécula llamada BDNF, que se reduce en personas con enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson. Sin embargo, no se observó la misma respuesta en las neuronas de chimpancé.
Fortalecimiento de la resiliencia
Comprender estos mecanismos de protección podría respaldar el desarrollo de terapias que fortalezcan las defensas celulares de las personas con riesgo de desarrollar la enfermedad de Parkinson. “Algunos de estos mecanismos de protección pueden no estar presentes en todas las personas debido a mutaciones”, explica Sousa. "Esto crea una vulnerabilidad adicional para estas personas".
"Hay algunos objetivos potenciales que podrían ser muy interesantes para perturbar y luego trasplantar en modelos [animales] de Parkinson para ver si dan a las neuronas más resiliencia", dice Pollen.
Los organoides examinados en el estudio representan neuronas en desarrollo equivalentes a las presentes en un embrión y no capturan toda la complejidad de las neuronas adultas. Futuras investigaciones deberán examinar cómo persisten tales mecanismos protectores en las neuronas maduras y envejecidas, afirma Sousa, ya que "las enfermedades degenerativas que afectan a estas células suelen aparecer a una edad avanzada".
-
Nolbrant, S. y col. Preimpresión en bioRxiv: https://doi.org/10.1101/2024.11.14.623592