'Furões mutantes' iluminam a evolução do cérebro humano
Ao explorar o desenvolvimento do cérebro humano usando um modelo de furão mutante, os cientistas acidentalmente tropeçaram em pistas sobre a evolução de nossos cérebros superdimensionados.
Os humanos são abençoados com cérebros relativamente grandes. E, durante os últimos 7 milhões de anos - um curto intervalo de tempo em termos evolutivos - o tamanho de nossos cérebros triplicou.
O córtex cerebral, a camada externa convoluta e dobrada, é particularmente assim em humanos. Exatamente por que e como nossos cérebros se tornaram tão fantásticos é um ponto de muito debate e as evidências atualmente são escassas.
Encontrar pistas sobre mudanças genéticas e biológicas que ocorreram há milhões de anos é semelhante a procurar uma agulha em um palheiro do outro lado do universo. De vez em quando, porém, Lady Serendipity sorri para os cientistas.
Recentemente, pesquisadores de várias instituições, incluindo o Howard Hughes Medical Institute em Chevy Chase, MD, a Yale University em New Haven, CT, e o Boston Children’s Hospital em Massachusetts, conduziram uma série de estudos sobre a microcefalia.
Seus estudos foram frutíferos e aumentaram nossa compreensão da microcefalia, mas também nos aproximaram da agulha no palheiro distante. Suas descobertas foram publicadas recentemente no jornal Natureza.
“Sou neurologista e estudo crianças com doenças cerebrais no desenvolvimento”, explica o Dr. Christopher Walsh, do Hospital Infantil de Boston. “Nunca pensei que investigaria a história evolutiva da humanidade.”
Como pesquisar microcefalia
Bebês com microcefalia têm cabeça muito menor do que o normal e o córtex cerebral não é formado corretamente. Essa condição costuma ser genética, embora recentemente também tenha sido associada ao vírus Zika.
Como e por que o córtex não se forma adequadamente não é totalmente compreendido. Uma razão pela qual explorar este tópico é tão complicado é a falta de um bom modelo; um modelo de mouse é usado com mais frequência, mas não é adequado para o seu propósito.
Os cérebros dos ratos são, como você pode esperar, minúsculos. Além disso, os ratos não desfrutam da mesma seleção diversa de células cerebrais que os humanos, e seu córtex é muito mais suave.
O gene mais comumente envolvido na microcefalia é aquele que codifica uma proteína conhecida como Aspm. Quando este gene sofre mutação, o cérebro de um ser humano terá cerca da metade do tamanho normal.
No entanto, em camundongos sem o gene - chamados de camundongos knockout Aspm - seus cérebros encolhem apenas um décimo. Essa mudança quase imperceptível é de pouca utilidade para os cientistas.
Na busca por um modelo melhor de microcefalia, os pesquisadores - liderados pelo Dr. Walsh e Byoung-Il Bae, da Universidade de Yale - se voltaram para os furões.
Isso pode, a princípio, parecer uma escolha estranha de animal, mas faz sentido; os furões são maiores e têm um córtex complexo com a mesma gama de tipos de células que os humanos. Além disso, como os ratos, eles se reproduzem rápida e livremente.
Como o Dr. Walsh explica, “Diante disso, os furões podem parecer uma escolha engraçada, mas eles têm sido um modelo importante para o desenvolvimento do cérebro por 30 anos”.
Embora os furões tenham se mostrado úteis anteriormente, pouco se sabe sobre a genética dos furões, portanto, criar uma versão nocaute Aspm do animal seria um desafio. O Dr. Walsh, entretanto, não se intimidou; ele conseguiu financiamento e começou a trabalhar.
O furão nocaute Aspm é apenas o segundo furão nocaute que a humanidade já criou.
Como esperado, os cérebros dos furões nocaute Aspm eram até 40 por cento menores do que o normal, ficando muito mais próximos da versão humana da microcefalia. E, como acontece com a microcefalia humana, a espessura cortical não foi alterada.
Uma pista para a evolução do cérebro
Além de projetar um modelo novo e útil para a microcefalia humana, os cientistas também mergulharam em um problema muito mais intratável: como desenvolvemos cérebros tão grandes?
Eles investigaram como a perda de Apsm impactou os cérebros dos furões da maneira que fez. Os defeitos foram atribuídos a mudanças no comportamento das células gliais radiais.
As células radiais da glia se desenvolvem a partir das células neuroepiteliais, que são as células-tronco do sistema nervoso. Eles são capazes de se desenvolver em vários tipos de células diferentes no córtex.
Começando perto dos ventrículos cerebrais em desenvolvimento, as células gliais radiais movem-se em direção ao córtex em formação. À medida que essas células se distanciam de seu ponto inicial, elas perdem lentamente a capacidade de se desenvolver em diferentes tipos de células cerebrais.
A equipe descobriu que a falta de Apsm fez com que as células gliais radiais se desprendessem dos ventrículos mais rapidamente e começaram sua migração precocemente.
Uma vez que o tempo acabou, a proporção de células gliais radiais em relação a outros tipos de células ficou distorcida, resultando em menos células nervosas no córtex. Apsm atua como um regulador, aumentando ou diminuindo o número total de neurônios corticais. E, aqui está a pista para a evolução do cérebro humano.
“A natureza teve que resolver o problema de mudar o tamanho do cérebro humano sem ter que reprojetar tudo.”
Byoung-Il Bae
O apsm altera o desenvolvimento do cérebro dessa maneira, influenciando a função dos centríolos, ou estruturas celulares envolvidas na divisão celular. Sem Apsm, os centríolos não fazem seu trabalho corretamente.
Recentemente, alguns genes envolvidos na regulação de proteínas centríolas, incluindo Apsm, sofreram mudanças evolutivas. O Dr. Walsh acredita que podem ser esses genes que nos distinguem dos chimpanzés ou de nossos primos distantes, os Neandertais.
“Faz sentido em retrospecto”, diz o Dr. Walsh. “Os genes que unem nossos cérebros durante o desenvolvimento devem ter sido os genes que a evolução ajustou para tornar nossos cérebros maiores.”
Ao alterar este gene, a migração das células gliais radiais pode ser alterada e o córtex pode crescer mais. Esses estudos fornecem um novo modelo para a microcefalia e um novo insight sobre a origem de nosso cérebro protuberante.
