ESPLORANDO I GENI UNICI DIETRO I NOSTRI GRANDI CERVELLI

Un gruppo di geni che si trova solo negli esseri umani e sorto nei nostri antenati 3-4 milioni di anni fa potrebbe aver guidato l'evoluzione dei nostri cervelli più grandi.

Perché i cervelli umani sono così relativamente grandi?

Questa rivelazione - e il lavoro che l'ha condotta - è oggetto di due studi ora riportati sulla rivista Cellula.

Uno studio è stato condotto dall'Università della California (UC) Santa Cruz e l'altro dall'Université Libre de Bruxelles in Belgio.

I risultati colmano una lacuna nella nostra conoscenza dei cambiamenti che hanno guidato l'evoluzione dei nostri cervelli più grandi e ci hanno dato la capacità di pensare e risolvere i problemi.

I geni - denominati NOTCH2NL - appartengono a una famiglia molto antica chiamata Notch che è stata identificata per la prima volta nei moscerini della frutta; hanno preso il loro nome perché erano legati a difetti genetici che facevano sì che le mosche avessero le ali dentellate.

Come NOTCH2NL aumenta il numero di neuroni

I geni Notch risalgono a "centinaia di milioni di anni" e "svolgono un ruolo importante nello sviluppo embrionale", afferma David Haussler, professore di ingegneria biomolecolare presso l'UC Santa Cruz e co-autore senior del primo documento di studio.

"Per scoprire", continua, "che gli esseri umani hanno un nuovo membro di questa famiglia che è coinvolto nello sviluppo del cervello è estremamente eccitante".

I ricercatori hanno scoperto che i geni NOTCH2NL esclusivamente umani sembrano avere un ruolo chiave nello sviluppo della corteccia umana, sede di capacità cognitive avanzate come il ragionamento e il linguaggio.

I geni sono fortemente espressi nelle cellule staminali neurali della corteccia e ritardano la loro maturazione in specifici tipi di cellule.

Questo ritardo si traduce nell'accumulo di un pool più ampio di cellule staminali, che, a sua volta, porta alla produzione di più neuroni nel corso dello sviluppo del cervello.

I geni aumentano la segnalazione durante lo sviluppo

I geni NOTCH2NL si trovano su un'area del genoma umano - "il braccio lungo del cromosoma 1" - che è stata collegata a diversi disturbi del neurosviluppo come autismo, microcefalia, macrocefalia e schizofrenia.

Alcuni dei disturbi sono legati alla duplicazione di ampie sezioni di DNA e alcuni sono collegati alle delezioni. Sono conosciuti con il loro nome collettivo "1q21.1 sindromi da eliminazione / duplicazione".

Le proteine codificate dalla famiglia del gene Notch si occupano della segnalazione all'interno delle cellule e anche tra le cellule.

Molti di questi segnali dirigono il destino delle cellule staminali - ad esempio, se differenziarsi in cellule cerebrali o cellule cardiache - in molte parti del corpo.

I ricercatori hanno scoperto che i geni NOTCH2NL codificano per proteine che "migliorano" la segnalazione di Notch.

"Notch signaling", spiega l'autore dello studio co-senior Dr. Sofie R. Salama, che è uno scienziato ricercatore in ingegneria biomolecolare presso l'UC Santa Cruz, "era già noto per essere importante nello sviluppo del sistema nervoso".

"NOTCH2NL sembra amplificare la segnalazione di Notch, che porta a una maggiore proliferazione delle cellule staminali neurali e alla maturazione neurale ritardata", aggiunge.

"Errori di copia del DNA"

Tuttavia, il dottor Salama sottolinea che i geni sono solo una parte di un processo molto più ampio che controlla lo sviluppo della corteccia umana: non "agiscono nel vuoto".

Sono entrati in gioco in un "momento provocatorio nell'evoluzione umana". Lei e i suoi colleghi hanno anche trovato interessante il fatto che i geni siano associati a disturbi dello sviluppo.

Sembra che gli "errori di copia del DNA" che si sono verificati nei nostri antenati che hanno dato origine ai geni NOTCH2NL siano di un tipo simile a quelli che danno origine a disturbi neurologici nella sindrome da delezione / duplicazione 1q21.1.

In genere, gli errori si verificano in posizioni sui cromosomi che hanno lunghe sequenze di DNA che sono "quasi identiche".

"Questi lunghi segmenti di DNA che sono quasi identici possono confondere il meccanismo di replicazione e causare instabilità nel genoma", spiega il prof. Haussler.

Paradossalmente, sembrerebbe che il processo di duplicazione genica nella regione del cromosoma 1 che ci ha dato il nostro cervello più grande possa anche essere responsabile di renderci vulnerabili alla sindrome da delezione / duplicazione 1q21.1.

Utilizzando strumenti di sequenziamento, i ricercatori hanno trovato otto versioni di NOTCH2NL negli esseri umani di oggi e sospettano che ce ne siano altre da scoprire.

Ogni versione di NOTCH2NL varia leggermente nel sequenziamento del suo DNA, ma a quale effetto è ancora un mistero.

I geni hanno mostrato sottili differenze quando sono stati testati su cellule coltivate in laboratorio. Tuttavia, c'è ancora molto lavoro da fare per scoprire cosa significano queste differenze, afferma il dott. Salama.