Furões mutantes brilham na evolução do cérebro humano
Enquanto exploravam o desenvolvimento do cérebro humano usando um modelo de furão mutante, os cientistas acidentalmente encontraram pistas sobre a evolução do nosso cérebro de grandes dimensões.
Os seres humanos são abençoados com cérebros relativamente grandes. E, nos últimos 7 milhões de anos – um curto período de tempo em termos evolutivos – o tamanho de nossos cérebros triplicou.
O córtex cerebral, a camada externa enrolada e enrolada, é particularmente presente nos seres humanos. Exatamente por que e como nossos cérebros se tornaram tão extravagantes é um ponto de muito debate e as evidências atualmente são escassas.
Encontrar pistas sobre mudanças genéticas e biológicas que ocorreram milhões de anos atrás é semelhante a procurar uma agulha em um palheiro do outro lado do universo. De vez em quando, no entanto, Lady Serendipity sorri para os cientistas.
Recentemente, pesquisadores de várias instituições, incluindo o Instituto Médico Howard Hughes em Chevy Chase, MD, Universidade de Yale em New Haven, CT, e o Hospital Infantil de Boston, em Massachusetts, conduziram uma série de estudos sobre microcefalia.
Seus estudos foram frutíferos e aprofundaram nossa compreensão da microcefalia, mas também nos aproximaram mais daquela agulha no palheiro distante. Suas descobertas foram publicadas recentemente na revista Natureza.
“Sou treinado como neurologista e estudo crianças com doenças cerebrais do desenvolvimento”, explica o Dr. Christopher Walsh, do Hospital Infantil de Boston. “Eu nunca pensei que estaria olhando para a história evolutiva da humanidade.”
Bebês com microcefalia têm uma cabeça muito menor que o normal e seu córtex cerebral não é formado corretamente. Essa condição geralmente é genética, embora, recentemente, também tenha sido associada ao vírus zika.
Como e por que o córtex não se forma adequadamente não é totalmente compreendido. Uma razão pela qual explorar esse tópico é tão complicado é a falta de um bom modelo; um modelo de mouse é usado com mais frequência, mas não é adequado para a finalidade.
Os cérebros dos ratos são, como você pode esperar, pequenos. Além disso, os ratos não desfrutam da mesma seleção diversificada de células cerebrais que os humanos, e seu córtex é muito mais suave.
O gene mais comumente envolvido na microcefalia é aquele que codifica uma proteína conhecida como Aspm. Quando esse gene é mutado, o cérebro de um humano terá cerca da metade do tamanho normal.
No entanto, em camundongos sem o gene – chamado camundongo nocaute Aspm – seus cérebros encolhem em apenas um décimo. Essa mudança quase imperceptível é de pouca utilidade para os cientistas.
Na busca por um melhor modelo de microcefalia, os pesquisadores – liderados pelo Dr. Walsh e Byoung-Il Bae, da Universidade de Yale – se voltaram para os furões.
Isso pode, a princípio, parecer uma escolha estranha de animal, mas faz sentido; os furões são maiores e têm um córtex complexo com a mesma variedade de tipos de células que os humanos. Além disso, como os ratos, eles se reproduzem rápida e livremente.
Como explica o Dr. Walsh: “Diante disso, os furões podem parecer uma escolha engraçada, mas eles são um modelo importante para o desenvolvimento do cérebro há 30 anos”.
Embora os furões tenham se mostrado úteis anteriormente, pouco se sabe sobre a genética de furões, portanto, criar uma versão nocaute do Aspm do animal seria um desafio. Dr. Walsh, no entanto, não se intimidou; ele garantiu financiamento e começou a trabalhar.
O furão de nocaute de Aspm é apenas o segundo furão de nocaute que a humanidade já criou.
Como esperado, o cérebro dos furões Aspm knockout ferrets era 40% menor que o normal, aproximando-o muito mais da versão humana da microcefalia. E, como na microcefalia humana, a espessura cortical não foi alterada.
Além de projetar um modelo novo e útil para a microcefalia humana, os cientistas também mergulharam os dedos dos pés em um problema muito mais intratável: como evoluímos cérebros tão grandes?
Eles investigaram como a perda de Apsm afetou os cérebros dos furões da maneira que causou. Os defeitos foram rastreados até mudanças na maneira como as células radiais da glia se comportaram.
As células gliais radiais se desenvolvem a partir de células neuroepiteliais, que são as células-tronco do sistema nervoso. Estes são capazes de se desenvolver em vários tipos diferentes de células no córtex.
Começando perto dos ventrículos cerebrais em desenvolvimento, as células gliais radiais se movem em direção ao córtex em formação. À medida que essas células se afastam do ponto inicial, lentamente perdem a capacidade de se transformar em diferentes tipos de células cerebrais.
A equipe descobriu que a falta de Apsm fez com que as células gliais radiais se separassem dos ventrículos mais rapidamente e começou sua migração mais cedo.
Uma vez que o tempo foi desligado, a proporção de células gliais radiais para outros tipos de células foi distorcida, resultando em menos células nervosas no córtex. O Apsm atua como um regulador, discando para cima ou para baixo o número total de neurônios corticais. E, aqui está a pista para a evolução do cérebro humano.
“A natureza teve que resolver o problema de mudar o tamanho do cérebro humano sem ter que reprojetar a coisa toda. ”
Byoung-Il Bae
O Apsm altera o desenvolvimento do cérebro dessa maneira, influenciando a função dos centríolos ou estruturas celulares envolvidas na divisão celular. Sem Apsm, os centríolos não fazem seu trabalho corretamente.
Recentemente, alguns genes envolvidos na regulação de proteínas do centríolo, incluindo o Apsm, sofreram mudanças evolutivas. O Dr. Walsh acredita que podem ser esses genes que nos distinguem dos chimpanzés, ou nossos primos distantes, os Neandertais.
“Faz sentido em retrospecto”, diz Walsh. “Os genes que unem nossos cérebros durante o desenvolvimento devem ter sido os genes que a evolução modificou para tornar nossos cérebros maiores”.
Ao alterar esse gene, a migração das células gliais radiais pode ser alterada e o córtex pode aumentar. Esses estudos fornecem um novo modelo para microcefalia e uma nova visão sobre a origem do nosso cérebro inchado.
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