Desvendando a evolução do cérebro

Desvendando a evolução do cérebro

Cientistas do Salk comparam o desenvolvimento de células cerebrais entre humanos e primatas não humanos de uma maneira nova

LA JOLLA — O que nos torna humanos e de onde vem essa misteriosa propriedade de “humanidade”? Os seres humanos são geneticamente semelhantes aos chimpanzés e bonobos, mas existem diferenças comportamentais e cognitivas óbvias. Agora, pesquisadores do Salk Institute, em colaboração com pesquisadores do departamento de antropologia da UC San Diego, desenvolveram uma estratégia para estudar mais facilmente o desenvolvimento inicial de neurônios humanos em comparação com os neurônios de primatas não humanos. O estudo, que apareceu em eLife em 7 de fevereiro de 2019, oferece aos cientistas uma nova ferramenta para a pesquisa fundamental do cérebro.

“Este estudo fornece informações sobre a organização do desenvolvimento do cérebro e estabelece as bases para análises comparativas adicionais entre humanos e primatas não humanos”, diz um dos autores seniores do estudo, Salk Presidente e Professor medidor enferrujado, que ocupa a cadeira Vi e John Adler de pesquisa sobre doenças neurodegenerativas relacionadas à idade.

Dois processos importantes no desenvolvimento do cérebro incluem a maturação e a migração dos neurônios. A maturação envolve o crescimento dos neurônios à medida que os neurônios aumentam suas conexões entre si para uma melhor comunicação. A migração é o movimento físico dos neurônios em diferentes partes do cérebro em desenvolvimento. Os autores procuraram comparar a maturação e migração de neurônios entre humanos e primatas não humanos.

Para realizar essa tarefa, o laboratório Gage desenvolveu um novo método utilizando a tecnologia de células-tronco para retirar células da pele de primatas e persuadi-las, por meio de um vírus e coquetéis químicos, a se desenvolverem em células progenitoras neurais, um tipo de célula que tem a capacidade de se tornar múltipla. tipos de células no cérebro, incluindo neurônios. Essas novas linhagens celulares de primatas podem então ser perpetuamente propagadas, permitindo aos pesquisadores novos caminhos para estudar aspectos do desenvolvimento neuronal de neurônios vivos sem amostras de tecido de primatas ameaçados, como chimpanzés e bonobos.

“Esta é uma nova estratégia para estudar a evolução humana”, diz Carol Marchetto, cientista sênior da Salk no Laboratório de Genética, co-primeira autora e uma das autoras seniores do estudo. “Estamos felizes em compartilhar essas linhagens celulares de primatas com a comunidade científica, para que pesquisadores de todo o mundo possam examinar o desenvolvimento do cérebro de primatas sem o uso de amostras de tecido. Prevemos que isso levará a inúmeras novas descobertas nos próximos anos sobre a evolução do cérebro”.

Os pesquisadores primeiro exploraram as diferenças na expressão gênica relacionadas ao movimento neuronal, comparando células humanas, de chimpanzés e de bonobos. Eles também investigaram as propriedades de migração dos neurônios inerentes a cada espécie. Eles encontraram 52 genes relacionados à migração e, curiosamente, os neurônios dos chimpanzés e dos bonobos tiveram períodos de migração rápida, enquanto os neurônios humanos demoraram a se mover.

Para comparar o movimento e a maturação dos neurônios fora de uma placa, os cientistas transplantaram as células progenitoras neurais de humanos e chimpanzés para os cérebros de roedores, permitindo que os neurônios prosperassem e fornecendo pistas adicionais de desenvolvimento para os neurônios se desenvolverem.

Os pesquisadores então analisaram as diferenças na distância de migração, forma e tamanho dos neurônios por até 19 semanas após o transplante. Eles observaram o comprimento, a densidade e a quantidade de extensões dos neurônios chamados dendritos, assim como o tamanho dos corpos celulares, que abrigam o núcleo e o DNA.

Os neurônios dos chimpanzés migraram uma distância maior e cobriram uma área 76% maior do que os neurônios humanos após duas semanas. Os neurônios humanos desenvolveram-se mais lentamente, mas atingiram comprimentos maiores do que os neurônios dos chimpanzés. Esse padrão de crescimento mais lento pode permitir que os humanos alcancem mais marcos de desenvolvimento do que os primatas não humanos, o que pode explicar as diferenças de comportamento e habilidades cognitivas.

No futuro, os autores esperam construir uma árvore evolutiva de várias espécies de primatas, utilizando linhagens de células-tronco pluripotentes induzidas, para entender melhor a evolução do cérebro humano. Além disso, os autores planejam usar esta plataforma para estudar as diferenças de regulação genética entre espécies de primatas que estão por trás das diferenças na maturação neuronal e podem impactar potencialmente a organização do cérebro em humanos.

“Temos conhecimento limitado sobre a evolução do cérebro, principalmente quando se trata de diferenças no desenvolvimento celular entre as espécies”, diz Marchetto. “Estamos entusiasmados com as tremendas possibilidades que este trabalho abre para o campo da neurociência e da evolução do cérebro.”

Outros pesquisadores do estudo foram Krishna Vadodaria, Sara B. Linker, Inigo Narvaiza, Renata Santos, Ahmet M. Denli, Ana PD Mendes, Ruth Oefner, Jonathan Cook, Lauren McHenry, Jaeson M Grasmick, Kelly Heard, Callie Fredlender, Lynne Randolph -Moore, Rijul Kshirsagar, Rea Xenitopoulos, Grace Chou e Nasun Hah do Instituto Salk de Estudos Biológicos; Branka Hrvoj-Mihic, Katerina Semendeferi e Alysson R. Muotri do University of California San Diego; Bilal E. Kerman de em Universidade Medipol de Istambul; Diana X. Yu do Universidade de Utah; e Krishnan Padmanabhan do Universidade de Rochester.

O trabalho e os pesquisadores envolvidos foram apoiados por doações dos Institutos Nacionais de Saúde, Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust, Instituto de Medicina Regenerativa da Califórnia e Fundação de Pesquisa do Cérebro e Comportamento (antiga Aliança Nacional para Pesquisa em Esquizofrenia e Depressão).

DOI: 10.7554 / eLife.37527