I ricercatori del Center for Regenerative Therapies Dresden e della TUD Dresden University of Technology hanno identificato quasi 600 sequenze regolatorie del DNA più attive nelle cellule staminali neurali umane rispetto a cellule comparabili di scimpanzé e gorilla. I risultati offrono una spiegazione di come la neocorteccia umana produca una popolazione più ampia di neuroni nonostante la stretta somiglianza tra i genomi codificanti delle grandi scimmie antropomorfe.
Il team ha coltivato organoidi cerebrali tridimensionali a partire da cellule staminali pluripotenti indotte ottenute da esseri umani, scimpanzé e gorilla. Questi modelli hanno consentito ai ricercatori di esaminare lo sviluppo neurale precoce, una fase che non può essere studiata direttamente utilizzando tessuto cerebrale embrionale protetto di grandi scimmie antropomorfe.
Lo studio si è concentrato sulla glia radiale basale, cellule progenitrici neurali che contribuiscono allo sviluppo della neocorteccia. Anziché trovare molti geni codificanti proteine esclusivamente umani, i ricercatori hanno osservato differenze nell'attività di geni condivisi. Le sequenze di DNA identificate agiscono come enhancer, regolando l'intensità con cui i geni vengono espressi nelle cellule staminali neurali umane.
Molti dei geni interessati sono coinvolti nel citoscheletro e nella struttura cellulare. La loro maggiore attività promuove estensioni lunghe e ramificate nelle cellule staminali neurali. Queste estensioni possono consentire alle cellule progenitrici di ricevere più segnali dall'ambiente cellulare circostante, aiutandole a mantenere la capacità di dividersi e ritardando la differenziazione prematura.
I ricercatori hanno testato questo meccanismo riducendo l'attività di due geni regolati da interruttori, FAM107A e CNGA3, negli organoidi cerebrali umani. Le cellule staminali neurali sono diventate meno ramificate e hanno mostrato una proliferazione ridotta, producendo infine meno neuroni. I risultati collegano la morfologia delle cellule alla loro capacità di sostenere la neurogenesi.
Lo studio sostiene l'idea che l'evoluzione del cervello umano abbia comportato cambiamenti nella regolazione genica, anziché l'invenzione ex novo di nuovi geni. Secondo questa prospettiva, gli esseri umani e le altre grandi scimmie antropomorfe utilizzano in larga misura gli stessi meccanismi biologici, ma gli elementi regolatori regolano tali meccanismi in modo diverso durante lo sviluppo.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications con il titolo “Human-specific morphoregulatory signatures in basal radial glia characterise neocortex evolution.”
Fonti: Neuroscience News.