Los cerebros de los neandertales se desarrollaron de manera diferente a los de los humanos modernos

Las células madre cerebrales de los humanos modernos cometen menos errores en la distribución de sus cromosomas a las células hijas

28. Julio 2022

Los neandertales son los parientes más cercanos a los humanos modernos. El neocórtex, la parte más grande de la capa externa del cerebro, es exclusivo de los mamíferos y crucial para muchas capacidades cognitivas. Investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética en Dresde y el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Leipzig han descubierto que las células madre neurales, las células de las que derivan las neuronas en la neocorteza en desarrollo, pasan más tiempo preparando sus cromosomas para la división en humanos modernos que en los neandertales. Esto resulta en menos errores cuando los cromosomas se distribuyen a las células hijas en los humanos modernos que en los neandertales o chimpancés, y podría tener consecuencias sobre cómo se desarrolla y funciona el cerebro.

Después de que los antepasados de los humanos modernos se separaron de los de los neandertales y los denisovanos, sus parientes asiáticos, alrededor de cien aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas en las células y los tejidos, cambiaron en los humanos modernos y se extendieron a casi todos los humanos modernos. La importancia biológica de estos cambios es en gran parte desconocida. Sin embargo, seis de esos cambios de aminoácidos ocurrieron en tres proteínas que juegan un papel clave en la distribución de los cromosomas, los portadores de información genética, a las dos células hijas durante la división celular.



Menos errores de segregación cromosómica en humanos modernos que en células madre neurales neandertales. Lado izquierdo: imagen microscopía de los cromosomas (en cian) de una célula madre neural humana moderna de la neocorteza durante la división celular. Lado derecho: mismo tipo de imagen, pero de una célula donde tres aminoácidos en las dos proteínas KIF18a y KNL1, implicadas en la separación cromosómica, han pasado de ser las variantes humana moderna a las neandertales. Estas células "neandertalizadas" muestran el doble de errores de separación cromosómica (flecha roja).


  Aumentar imagen

Menos errores de segregación cromosómica en humanos modernos que en células madre neurales neandertales. Lado izquierdo: imagen microscopía de los cromosomas (en cian) de una célula madre neural humana moderna de la neocorteza durante la división celular. Lado derecho: mismo tipo de imagen, pero de una célula donde tres aminoácidos en las dos proteínas KIF18a y KNL1, implicadas en la separación cromosómica, han pasado de ser las variantes humana moderna a las neandertales. Estas células "neandertalizadas" muestran el doble de errores de separación cromosómica (flecha roja).


[menos]

Para investigar la importancia de estos seis cambios para el desarrollo de la neocorteza, los científicos introdujeron por primera vez las variantes humanas modernas en ratones. Los ratones son idénticos a los neandertales en esas seis posiciones de aminoácidos, por lo que estos cambios los convirtieron en un modelo para el cerebro humano moderno en desarrollo. Felipe Mora-Bermúdez, autor principal del estudio, describe el descubrimiento: "Encontramos que tres aminoácidos humanos modernos en dos de las proteínas causan una metafase más larga, una fase en la que los cromosomas están preparados para la división celular, y esto resulta en menos errores cuando los cromosomas se distribuyen a las células hijas de las células madre neurales, al igual que en los humanos modernos".

Metafase más corta

Para verificar si el conjunto neandertal de aminoácidos tiene el efecto contrario, los investigadores introdujeron los aminoácidos ancestrales en los organoides del cerebro humano, estructuras en miniatura similares a órganos que se pueden cultivar a partir de células madre humanas en platos de cultivo celular en el laboratorio y que imitan aspectos del desarrollo temprano del cerebro humano. "En este caso, la metafase se hizo más corta y encontramos más errores de distribución cromosómica". Según Mora-Bermúdez, esto muestra que esos tres cambios modernos de aminoácidos humanos en las proteínas conocidas como KIF18a y KNL1 son responsables de los menos errores de distribución cromosómica observados en los humanos modernos en comparación con los modelos neandertales y los chimpancés. Agrega que "tener errores en el número de cromosomas generalmente no es una buena idea para las células, como se puede ver en trastornos como las trisomías y el cáncer".

"Nuestro estudio implica que algunos aspectos de la evolución y función del cerebro humano moderno pueden ser independientes del tamaño del cerebro, ya que los neandertales y los humanos modernos tienen cerebros de tamaño similar. Los hallazgos también sugieren que la función cerebral en los neandertales puede haberse visto más afectada por los errores cromosómicos que la de los humanos modernos", resume Wieland Huttner, quien co-supervisó el estudio. Svante Pääbo, quien también co-supervisó el estudio, agrega que "se necesitan estudios futuros para investigar si la disminución de la tasa de error afecta a los rasgos humanos modernos relacionados con la función cerebral".