Explorando os genes únicos por trás de nossos grandes cérebros
Um grupo de genes que é encontrado apenas em humanos e surgiu em nossos ancestrais de 3 a 4 milhões de anos atrás pode ter impulsionado a evolução de nossos cérebros maiores.
Essa revelação - e o trabalho que a levou a ela - é objeto de dois estudos agora publicados na revista. Célula.
Um estudo foi conduzido pela Universidade da Califórnia (UC) Santa Cruz, e o outro foi conduzido pela Université Libre de Bruxelles na Bélgica.
As descobertas preenchem uma lacuna em nosso conhecimento sobre as mudanças que impulsionaram a evolução de nossos cérebros maiores e nos deram a capacidade de pensar e resolver problemas.
Os genes - chamados de NOTCH2NL - pertencem a uma família muito antiga chamada Notch, que foi identificada pela primeira vez em moscas de fruta; eles receberam esse nome porque estavam ligados a falhas genéticas que faziam com que as moscas tivessem asas entalhadas.
Como NOTCH2NL aumenta o número de neurônios
Os genes Notch datam de “centenas de milhões de anos” e “desempenham papéis importantes no desenvolvimento embrionário”, diz David Haussler, que é professor de engenharia biomolecular na UC Santa Cruz e co-autor sênior do primeiro artigo de estudo.
“Descobrir”, continua ele, “que os humanos têm um novo membro desta família que está envolvido no desenvolvimento do cérebro é extremamente emocionante”.
Os pesquisadores descobriram que os genes NOTCH2NL exclusivos para humanos parecem ter um papel fundamental no desenvolvimento do córtex humano, a sede de habilidades cognitivas avançadas, como raciocínio e linguagem.
Os genes são fortemente expressos nas células-tronco neurais do córtex e atrasam sua maturação em tipos específicos de células.
Esse atraso resulta no acúmulo de um pool maior de células-tronco, o que, por sua vez, leva à produção de mais neurônios ao longo do desenvolvimento do cérebro.
Os genes aumentam a sinalização durante o desenvolvimento
Os genes NOTCH2NL estão localizados em uma área do genoma humano - “o braço longo do cromossomo 1” - que foi associada a vários distúrbios do neurodesenvolvimento, como autismo, microcefalia, macrocefalia e esquizofrenia.
Alguns dos distúrbios estão ligados à duplicação de grandes seções de DNA, e alguns estão ligados a deleções. Eles são conhecidos pelo nome coletivo “síndromes de exclusão / duplicação 1q21.1”.
As proteínas codificadas pela família de genes Notch estão preocupadas com a sinalização dentro das células e também entre as células.
Muitos desses sinais direcionam o destino das células-tronco - por exemplo, se devem se diferenciar em células cerebrais ou células cardíacas - em muitas partes do corpo.
Os pesquisadores descobriram que os genes NOTCH2NL codificam proteínas que “aumentam” a sinalização Notch.
“A sinalização Notch”, explica a co-autora sênior do estudo, Dra. Sofie R. Salama, que é uma cientista pesquisadora em engenharia biomolecular na UC Santa Cruz, “já era conhecida por ser importante no desenvolvimento do sistema nervoso”.
“NOTCH2NL parece amplificar a sinalização Notch, o que leva ao aumento da proliferação de células-tronco neurais e ao atraso da maturação neural”, acrescenta ela.
‘Erros de cópia de DNA’
No entanto, o Dr. Salama aponta que os genes são apenas parte de um processo muito maior que controla o desenvolvimento do córtex humano: eles não "agem no vácuo".
Eles entraram em ação em um “momento provocativo da evolução humana”. Ela e seus colegas também acharam interessante que os genes estejam associados a distúrbios de desenvolvimento.
Parece que os “erros de cópia de DNA” que ocorreram em nossos ancestrais que deram origem aos genes NOTCH2NL são de um tipo semelhante àqueles que dão origem a distúrbios neurológicos na síndrome de deleção / duplicação 1q21.1.
Normalmente, os erros acontecem em locais nos cromossomos que possuem longas sequências de DNA que são "quase idênticas".
“Esses longos segmentos de DNA que são quase idênticos podem confundir a máquina de replicação e causar instabilidade no genoma”, explica o Prof. Haussler.
Paradoxalmente, parece que o processo de duplicação de genes na região do cromossomo 1 que nos deu nossos cérebros maiores também pode ser responsável por nos tornar vulneráveis à síndrome de deleção / duplicação 1q21.1.
Usando ferramentas de sequenciamento, os pesquisadores encontraram oito versões do NOTCH2NL nos humanos de hoje e suspeitam que há mais a serem descobertos.
Cada versão de NOTCH2NL varia ligeiramente no sequenciamento de seu DNA, mas ainda é um mistério o efeito.
Os genes mostraram diferenças sutis quando testados em células cultivadas em laboratório. No entanto, ainda há “muito mais trabalho a fazer” para descobrir o que essas diferenças significam, diz o Dr. Salama.
“Descobrimos que todos eles podem promover a sinalização Notch.”
Dra. Sofie R. Salama
