Come il cervello umano si è discostato da quello delle grandi scimmie
Il Cell atlas of great ape forebrain fa luce sulle caratteristiche dinamiche di regolazione genica uniche per l'uomo
[17 Ottobre 2019]
Lo studio “Organoid single-cell genomic atlas uncovers human-specific features of brain development”, pubblicato su Nature da un team di ricercatori tedeschi del Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie e svizzeri dell’Institute of Molecular and Clinical Ophthalmology Basel (IOB) e dell’ ETH Zürich, presenta nuove intuizioni sullo sviluppo del cervello umano e le differenze che questo processo ha portato rispetto ad altre grandi scimmie. aL Max-Planck-Institut sottolineano che «Lo studio rivela le caratteristiche dello sviluppo del cervello che sono uniche per l’uomo e sottolinea come questi processi si siano discostati da quelli degli altri primati».
Da quando gli esseri umani si sono discostati da un antenato comune condiviso con gli scimpanzé e le altre grandi scimmie, il cervello umano è cambiato radicalmente, ma non sappiamo quali siano i processi genetici e di sviluppo responsabili di questa divergenza. Il team tedesco e svizzeri hanno coltivato in laboratorio da cellule staminali organoidi cerebrali (tessuti simili al cervello), che hanno fornito loro la possibilità di studiare l’evoluzione dello sviluppo cerebrale precoce.
I principali co-autori dello studio, Sabina Kanton, Michael James Boyle e Zhisong He, insieme a Gray Camp, Barbara Treutlein, utilizzando metodi chiamati single-cell RNA-seq e ATAC-seq per esplorare le dinamiche dell’espressione e della regolazione genica, hanno analizzato gli organoidi cerebrali umani lungo tutto il loro sviluppo dalle cellule staminali. Gli autori dello studio hanno anche esaminato gli organoidi cerebrali di scimpanzé e macachi per capire in che modo il loro sviluppo differisce negli esseri umani.
Ne è venuto fuori un Cell atlas of great ape forebrain e la Treutlein spiega che «Nello stesso punto di sviluppo, abbiamo osservato una maturazione dei neuroni corticali più pronunciata negli organoidi di scimpanzé e macachi rispetto agli organoidi umani. Questo suggerirebbe che lo sviluppo neuronale umano ha luogo più lentamente rispetto agli altri due primati».
I ricercatori hanno anche identificato geni che mostrano modelli di espressione unici per l’uomo durante la generazione e la maturazione dei neuroni e spiegano ancora: <L’espressione genica può essere regolata dall’accessibilità del DNA, che può essere in uno stato aperto o compatto». Molti dei cambiamenti nell’espressione genica che hanno identificato potrebbero essere collegati a cambiamenti dell’accessibilità del genoma umano: «La maggior parte delle regioni accessibili in modo differenziato ospitano mutazioni condivise tra tutti gli odierni esseri umani, alcune delle quali potrebbero essere responsabili dei cambiamenti osservati nell’accessibilità del DNA e nell’espressione genica».
Camp aggiunge. «Presumiamo che alcuni cambiamenti genetici alterino il legame del fattore di trascrizione, mostrando una potenziale spiegazione di come si verificano queste differenze di espressione genica».
Inoltre, il team tedesco-svizzero ha studiato l’espressione genica specifica nell’uomo nella corteccia prefrontale dell’adulto, una regione del cervello che negli esseri umani è aumentata di dimensioni e che si ritiene influenzi comportamenti cognitivi complessi. Hanno così identificato differenze di sviluppo nell’espressione genica che persistono nell’età adulta, nonché cambiamenti esclusivi del cervello adulto in specifici tipi di cellule.
Gli autori dello studio concludono: «I nostri dati forniscono una risorsa per indirizzare ulteriori ricerche sui meccanismi delle dinamiche di regolazione genica durante lo sviluppo precoce del cervello, in particolare quelli che potenzialmente distinguono lo sviluppo di cervelli umani e degli scimpanzé».