Uma pesquisa recente realizada pelo Instituto Max Planck de Biologia e Genética Molecular (MPI-CBG) descobriu uma maior produção de neurônios no lobo frontal durante o desenvolvimento do cérebro em humanos modernos do que nos neandertais.
A questão do que torna os humanos modernos únicos tem sido uma força motriz para os pesquisadores. Comparações com nossos parentes mais próximos, os neandertais, fornecem insights fascinantes. O aumento no tamanho do cérebro e na produção de neurônios durante o desenvolvimento cerebral são considerados os principais fatores para o aumento das habilidades cognitivas que ocorreram durante a evolução humana.
No entanto, embora os neandertais e os humanos modernos desenvolvam cérebros de tamanho semelhante, muito pouco se sabe se os cérebros humanos modernos e neandertais podem ter diferido em termos de produção de neurônios durante o desenvolvimento.
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Pesquisadores do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular (MPI-CBG), em Dresden, agora mostram que a variante humana moderna da proteína TKTL1, que difere apenas por um único aminoácido da variante neandertal, aumenta um tipo de progenitor cerebral células, chamadas glia radial basal, no cérebro humano moderno.
As células gliais radiais basais geram a maioria dos neurônios no neocórtex em desenvolvimento, uma parte do cérebro que é crucial para muitas habilidades cognitivas. Como a atividade de TKTL1 é particularmente alta no lobo frontal do cérebro humano fetal, os pesquisadores concluem que essa única substituição de aminoácidos específica para humanos em TKTL1 está subjacente a uma maior produção de neurônios no lobo frontal em desenvolvimento do neocórtex em humanos modernos do que nos neandertais.
Apenas um pequeno número de proteínas tem diferenças na sequência de seus aminoácidos — os blocos de construção das proteínas — entre os humanos modernos e nossos parentes extintos, os neandertais e os denisovanos.
O significado biológico dessas diferenças para o desenvolvimento do cérebro humano moderno é amplamente desconhecido. De fato, tanto os humanos modernos quanto os neandertais apresentam um cérebro, e notavelmente um neocórtex, de tamanho semelhante, mas ainda não está claro se esse tamanho semelhante do neocórtex implica em um número semelhante de neurônios.
O último estudo do grupo de pesquisa de Wieland Huttner, um dos diretores fundadores do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular (MPI-CBG) em Dresden, realizado em colaboração com Svante Pääbo, diretor do Instituto Max Planck de A Antropologia Evolucionária em Leipzig e Pauline Wimberger do Hospital Universitário de Dresden e seus colegas abordam exatamente essa questão.
Os pesquisadores se concentram em uma dessas proteínas que apresenta uma única alteração de aminoácido em essencialmente todos os humanos modernos em comparação com os neandertais, a proteína transcetolase-like 1 (TKTL1). Especificamente, em humanos modernos TKTL1 contém uma arginina na posição da sequência em questão, enquanto que em Neandertal TKTL1 é o aminoácido relacionado lisina. No neocórtex humano fetal, TKTL1 é encontrado em células progenitoras neocorticais, as células das quais derivam todos os neurônios corticais. Notavelmente, o nível de TKTL1 é mais alto nas células progenitoras do lobo frontal.
TKTL1 humano moderno leva a mais neurônios no neocórtex embrionário do camundongo do que TKTL1 neandertal
Anneline Pinson, principal autora do estudo e pesquisadora do grupo de Wieland Huttner, começou a investigar o significado dessa mudança de um aminoácido para o desenvolvimento do neocórtex. Anneline e seus colegas introduziram a variante humana moderna ou neandertal de TKTL1 no neocórtex de embriões de camundongos. Eles observaram que as células gliais radiais basais, o tipo de progenitores neocorticais que se acredita serem a força motriz para um cérebro maior, aumentaram com a variante humana moderna de TKTL1, mas não com a variante neandertal. Como consequência, os cérebros de embriões de camundongos com o TKTL1 humano moderno continham mais neurônios.
Mais neurônios no lobo frontal dos humanos modernos
Depois disso, os pesquisadores exploraram a relevância desses efeitos para o desenvolvimento do cérebro humano. Para esse fim, eles substituíram a arginina no TKTL1 humano moderno pela lisina característica do TKTL1 neandertal, usando organoides do cérebro humano — estruturas semelhantes a órgãos em miniatura que podem ser cultivadas a partir de células-tronco humanas em pratos de cultura de células no laboratório e que imitam aspectos de desenvolvimento inicial do cérebro humano.
“Descobrimos que com o aminoácido do tipo Neandertal em TKTL1, menos células gliais radiais basais foram produzidas do que com o tipo humano moderno e, como consequência, também menos neurônios”, diz Anneline Pinson.
“Isso nos mostra que, embora não saibamos quantos neurônios o cérebro neandertal tinha, podemos supor que os humanos modernos têm mais neurônios no lobo frontal do cérebro, onde a atividade de TKTL1 é mais alta, do que os neandertais", completou a pesquisadora.
Os pesquisadores também descobriram que o TKTL1 humano moderno atua por meio de mudanças no metabolismo, especificamente uma estimulação da via de pentose fosfato seguida de aumento da síntese de ácidos graxos. Dessa forma, acredita-se que o TKTL1 humano moderno aumenta a síntese de certos lipídios de membrana necessários para gerar o longo processo de células gliais radiais basais que estimula sua proliferação e, portanto, aumenta a produção de neurônios.
“Este estudo implica que a produção de neurônios no neocórtex durante o desenvolvimento fetal é maior nos humanos modernos do que nos neandertais, em particular no lobo frontal”, resume Wieland Huttner, que supervisionou o estudo. "É tentador especular que isso promoveu habilidades cognitivas humanas modernas associadas ao lobo frontal."