La domanda su cosa rende unici gli esseri umani moderni è stata a lungo una forza trainante per i ricercatori. I confronti con i nostri parenti più stretti, i Neandertal, forniscono quindi spunti affascinanti. L'aumento delle dimensioni del cervello e la produzione di neuroni durante lo sviluppo del cervello sono considerati i principali fattori per l'aumento delle capacità cognitive che si è verificato durante l'evoluzione umana. Tuttavia, mentre sia i Neandertal che gli esseri umani moderni sviluppano cervelli di dimensioni simili, si sa molto poco sul fatto che i cervelli umani moderni e di Neandertal possano aver differito in termini di produzione di neuroni durante lo sviluppo.

I ricercatori del Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) di Dresda ora mostrano che la moderna variante umana della proteina TKTL1, che differisce per un solo aminoacido dalla variante di Neandertal, aumenta un tipo di progenitore cerebrale cellule, chiamate glia radiale basale, nel cervello umano moderno. Le cellule gliali radiali basali generano la maggior parte dei neuroni nella neocorteccia in via di sviluppo, una parte del cervello cruciale per molte capacità cognitive. Poiché l'attività di TKTL1 è particolarmente elevata nel lobo frontale del cervello umano fetale, i ricercatori concludono che questa singola sostituzione di amminoacidi specifica per l'uomo in TKTL1 è alla base di una maggiore produzione di neuroni nel lobo frontale in via di sviluppo della neocorteccia negli esseri umani moderni rispetto ai Neanderthal.

Solo un piccolo numero di proteine ​​presenta differenze nella sequenza dei loro amminoacidi, i mattoni delle proteine, tra gli esseri umani moderni e i nostri parenti estinti, i Neandertal ei Denisoviani. Il significato biologico di queste differenze per lo sviluppo del cervello umano moderno è in gran parte sconosciuto. In effetti, sia gli esseri umani moderni che i Neandertal hanno un cervello, e in particolare una neocorteccia, di dimensioni simili, ma non è chiaro se questa dimensione simile della neocorteccia implichi un numero simile di neuroni.

L'ultimo studio del gruppo di ricerca di Wieland Huttner, uno dei direttori fondatori del Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) di Dresda, condotto in collaborazione con Svante Pääbo, direttore del Max Planck Institute for Antropologia evolutiva a Lipsia, e Pauline Wimberger dell'Ospedale universitario di Dresda e i loro colleghi, affrontano proprio questa domanda.

I ricercatori si concentrano su una di queste proteine ​​che presenta un singolo cambiamento di amminoacido essenzialmente in tutti gli esseri umani moderni rispetto ai Neandertal, la proteina transketolasi-like 1 (TKTL1). Nello specifico, nell'uomo moderno TKTL1 contiene un'arginina nella posizione della sequenza in questione, mentre nell'uomo di Neandertal TKTL1 è l'amminoacido correlato lisina. Nella neocorteccia umana fetale, TKTL1 si trova nelle cellule progenitrici neocorticali, le cellule da cui derivano tutti i neuroni corticali. In particolare, il livello di TKTL1 è più alto nelle cellule progenitrici del lobo frontale.

Il TKTL1 umano moderno, ma non il TKTL1 di Neandertal, porta a più neuroni nella neocorteccia embrionale del topo

Anneline Pinson, l'autrice principale dello studio pubblicato su Scienza e ricercatore del gruppo di Wieland Huttner, si sono proposti di indagare il significato di questo cambiamento di un amminoacido per lo sviluppo della neocorteccia. Anneline e i suoi colleghi hanno introdotto la variante umana moderna o quella di Neandertal di TKTL1 nella neocorteccia degli embrioni di topo.

Hanno osservato che le cellule gliali radiali basali, il tipo di progenitori neocorticali ritenuti la forza trainante per un cervello più grande, aumentavano con la moderna variante umana di TKTL1 ma non con la variante di Neandertal. Di conseguenza, il cervello degli embrioni di topo con il moderno TKTL1 umano conteneva più neuroni.

Più neuroni nel lobo frontale degli esseri umani moderni

Successivamente, i ricercatori hanno esplorato la rilevanza di questi effetti per lo sviluppo del cervello umano. A tal fine, hanno sostituito l'arginina nel moderno TKTL1 umano con la lisina caratteristica del Neandertal TKTL1, utilizzando organoidi cerebrali umani, strutture simili a organi in miniatura che possono essere coltivate da cellule staminali umane in capsule di colture cellulari in laboratorio e che imitano aspetti di sviluppo precoce del cervello umano.

"Abbiamo scoperto che con l'amminoacido di tipo Neandertal in TKTL1, sono state prodotte meno cellule gliali radiali basali rispetto al tipo umano moderno e, di conseguenza, anche meno neuroni", afferma Anneline Pinson. "Questo ci mostra che anche se non sappiamo quanti neuroni avesse il cervello di Neandertal, possiamo presumere che gli esseri umani moderni abbiano più neuroni nel lobo frontale del cervello, dove l'attività TKTL1 è più alta, rispetto ai Neanderthal".

I ricercatori hanno anche scoperto che il moderno TKTL1 umano agisce attraverso cambiamenti nel metabolismo, in particolare una stimolazione della via del pentoso fosfato seguita da una maggiore sintesi di acidi grassi. In questo modo, si pensa che il moderno TKTL1 umano aumenti la sintesi di alcuni lipidi di membrana necessari per generare il lungo processo delle cellule gliali radiali basali che stimola la loro proliferazione e, quindi, per aumentare la produzione di neuroni.

"Questo studio implica che la produzione di neuroni nella neocorteccia durante lo sviluppo fetale è maggiore negli esseri umani moderni rispetto ai Neanderthal, in particolare nel lobo frontale", riassume Wieland Huttner, che ha supervisionato lo studio. "Si è tentati di ipotizzare che questo abbia promosso le moderne capacità cognitive umane associate al lobo frontale". + Esplora ulteriormente

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