211service.com
Il gene che ci rende umani?
Una piccola sezione di DNA che si è rapidamente evoluta nell'uomo potrebbe svolgere un ruolo chiave nello sviluppo e nell'evoluzione del cervello umano, secondo una ricerca pubblicata ieri online sulla rivista Natura . Sebbene gli scienziati non sappiano ancora esattamente come funziona il gene nel cervello, sanno che la sequenza è del tutto unica per gli esseri umani ed è espressa nella corteccia, responsabile del pensiero complesso, durante una fase chiave dello sviluppo cerebrale.
Questa è una scoperta molto eccitante, dice Bruce Lahn , un genetista che studia l'evoluzione del cervello all'Università di Chicago. Ci avvicina di un passo all'obiettivo generale di comprendere l'evoluzione del cervello umano a livello di geni.
Negli ultimi cinque-sette milioni di anni, quando umani e scimpanzé si sono separati l'uno dall'altro sull'albero evolutivo, il nostro cervello è diventato tre volte più grande di quello dei nostri parenti più stretti primati. Quella crescita impressionante era in gran parte dovuta all'espansione nella corteccia cerebrale, lo strato esterno del cervello responsabile del ragionamento e di altri tipi di pensiero complesso. Da quando le sequenze del genoma umano e di altri animali sono diventate disponibili per lo studio, gli scienziati hanno setacciato risme di DNA alla ricerca di indizi genetici sull'unico scatto di crescita del nostro cervello e sui cambiamenti biologici che ci rendono unicamente umani.
Nel nuovo articolo, i ricercatori dell'Università della California, a Santa Cruz, hanno confrontato il genoma umano con i genomi di scimpanzé, cani, ratti, topi e polli, alla ricerca di sequenze genetiche altamente conservate durante l'evoluzione e quindi funzionalmente importanti. Hanno quindi cercato sequenze all'interno di quelle regioni conservate che erano cambiate rapidamente negli esseri umani, indicando che quei cambiamenti erano importanti per l'evoluzione unica dell'uomo.
I ricercatori hanno identificato diversi pezzi di DNA in rapida evoluzione, ma il pezzo di gran lunga più veloce era una piccola catena di DNA che fa parte di un gene espresso nell'ippocampo, che è coinvolto nell'apprendimento e nella memoria. Secondo i risultati, la sequenza era molto simile nei polli e negli scimpanzé, con solo due modifiche al codice genetico; ma era cambiato notevolmente nel DNA umano, mostrando 18 differenze genetiche dalla versione negli scimpanzé.
Ciò ha davvero confermato che questa [sequenza] è specifica del lignaggio umano, dice David Haussler , un esperto di genomica presso l'UCSC che ha guidato il lavoro. Abbiamo anche sequenziato il DNA umano di diverse persone in tutto il mondo: tutti sembrano avere queste stesse 18 variazioni.
I ricercatori hanno poi scoperto che il gene, noto come HAR1F, ha alcune proprietà ancora più allettanti: è espresso in un particolare insieme di cellule del cervello umano tra le 9 e le 19 settimane di gestazione, quando la corteccia sta attraversando un rapido periodo di sviluppo. È essenzialmente la fase iniziale dello sviluppo della corteccia, la parte pensante del cervello, afferma Haussler. Questa è la parte del nostro cervello che è diventata molto più grande durante gli ultimi milioni di anni di evoluzione.
Poiché gli scienziati non conoscono ancora la funzione del gene, è difficile prevederne il ruolo nello sviluppo del cervello o nell'evoluzione umana. Trovare questi geni in rapida evoluzione è un punto di partenza per comprendere l'evoluzione genetica umana, dice Lahn, ma non ci dice come i cambiamenti nella sequenza genetica portino a cambiamenti nella biologia umana.
Davvero, HAR1F è piuttosto misterioso. Codifica solo per un RNA, mentre la maggior parte dei geni alla fine codifica per una proteina. Sebbene siano stati identificati altri geni che codificano l'RNA – i geni dell'RNA a volte hanno una funzione regolatrice, alterando la produzione di una proteina – questa sequenza non assomiglia a nessuno dei geni dell'RNA conosciuti. Il gene sembra essere un gene nel suo stesso universo, dice Lahn.
Il gene è anche distinto dai geni precedentemente identificati che potrebbero svolgere un ruolo nell'evoluzione del cervello. L'anno scorso, il gruppo di Lahn ha identificato due geni cerebrali come sottoposti a recenti pressioni evolutive. a differenza di HAR1F , questi geni hanno una funzione nota: sono entrambi coinvolti nel controllo delle dimensioni del cervello. Inoltre, diverse varianti di questi geni si trovano in diverse regioni del mondo, mentre tutti quelli testati finora sembrano portare le stesse 18 variazioni nel pezzo in rapida evoluzione di HAR1F .
Il gruppo di Haussler è stato in grado di identificare il nuovo pezzo di DNA grazie al loro approccio unico all'analisi del genoma. Precedenti studi si sono concentrati sulle regioni codificanti del genoma: la sezione del DNA che dirige la produzione delle proteine. Il gruppo di Haussler, d'altra parte, ha effettuato una ricerca nell'intero genoma di sequenze in rapida evoluzione all'interno delle regioni conservate del DNA. Il loro metodo sembra essere un modo molto elegante per raccogliere i potenziali elementi regolatori che hanno acquisito funzioni uniche nel lignaggio umano, afferma Ganeshwaran Mochida , neuroscienziato e genetista presso la Harvard Medical School di Boston.
Tuttavia, alcuni scienziati sono scettici sul fatto che il pezzo di DNA si rivelerà essere la chiave dell'evoluzione del cervello umano. È un po' difficile capire come un pezzo di RNA di 118 paia di basi possa essere stato così freddo dal punto di vista evolutivo, con due cambiamenti negli ultimi 318 milioni di anni, e poi subire 18 successive sostituzioni indipendenti nel lignaggio umano dalla scissione con lo scimpanzé, dice Andrew Clark , un genetista di popolazioni presso la Cornell University di Ithaca, NY. Suggerisce che i recenti cambiamenti potrebbero essere il prodotto di un processo mutazionale insolito e non ancora compreso, piuttosto che di una pressione evolutiva. E aggiunge che nessuna prova esiste ancora per nessuna delle due possibilità. In ogni caso, il lavoro serve come forte motivazione per comprendere la funzione biologica di questo gene, e questa è sempre stata l'eccitazione di questo tipo di lavoro, dice.
Haussler e collaboratori ora stanno cercando di capire quale ruolo HAR1F svolge durante lo sviluppo del cervello. Tra gli altri esperimenti, hanno in programma di creare un topo che esprima la forma umana del gene. Non sappiamo se il topo inizierà a scrivere Shakespeare, dice Haussler. È improbabile che funzioni come un gene umano perché viene espresso nella corteccia del topo con altri geni del topo, ma è qualcosa da provare.
Haussler prevede che i risultati scateneranno un'ondata di ricerche sul ruolo di HAR1F . Ad esempio, spera che gli scienziati che studiano la genetica della schizofrenia e di altri disturbi cercheranno nelle loro popolazioni di pazienti le mutazioni nel gene, che potrebbero far luce sul suo ruolo nello sviluppo del cervello e nella funzione cognitiva.