Topi “cervelloni” spiegano lo sviluppo del cervello umano

Finora è stato difficile comprendere come ha fatto il cervello umano a diventare più grande, se quasi tutti i nostri geni sono uguali a quelli dello scimpanzé. Analizzando il Dna delle due specie, alcuni ricercatori hanno cercato le piccole ma cruciali differenze genetiche che possono fare la differenza. Si sono concentrati soprattutto sui brevi frammenti di Dna chiamati ‘promotori’, che hanno il ruolo di registi dell’attività dei geni. È stata così individuata la proteina HARE5, che è posizionata vicino a un gene implicato nello sviluppo cerebrale. La proteina è presente anche negli scimpanzé, nei quali però differisce di 16 lettere.
Questa sequenza di DNA, regola l’espressione di un gene attivo durante lo sviluppo embrionale ed è responsabile della grande crescita della corteccia cerebrale umana rispetto a quella degli altri animali. Lo ha dimostrato uno studio su embrioni di topo in cui sono stati inseriti HARE5 umani e di scimpanzé. La dottoressa Silver e alcuni suoi colleghi della Duke University hanno recentemente iniziato a guardare ai frammenti di DNA che differiscono notevolmente tra gli scimpanzé e gli esseri umani. «Li abbiamo studiati e abbiamo individuato quelle parti che sembrano avere la funzione di regolamentare l’attività dei geni in un cervello in via di sviluppo», spiega la Silver.
I ricercatori hanno preso la versione scimpanzé di questo frammento di DNA e l’hanno immesso negli embrioni di alcuni topi. Poi hanno preso la versione umana di questo stesso frammento di DNA e pure l’hanno immesso negli embrioni di altri topi. «Quello che abbiamo scoperto è che il DNA umano ha dato il via all’attività dei geni nelle cellule staminali neurali; e queste cellule sono quelle che producono i neuroni della nostra corteccia cerebrale», continua la Silver.
Ancora prima della nascita, i topi con il DNA umano mostravano già cervelli che erano considerevolmente più grandi, circa il 12 per cento, dei cervelli dei topi con il DNA dello scimpanzé (Rapporto pubblicato sulla rivista Current Biology).
La regione di DNA che hanno trovato importante è in una parte del codice genetico che un tempo veniva chiamato “DNA spazzatura”, il DNA che non si codifica per le proteine, e quindi ritenuto fino a ora inutile dagli scienziati. I ricercatori ritengono che questo tipo di DNA probabilmente regoli come i geni vengano messi in funzione o a riposo, anche se cosa esattamente accada è ancora un mistero.

Ogni genoma contiene molte migliaia di frammenti di DNA -chiamati promotori o enhancers a seconda delle caratteristiche strutturali possedute- il cui ruolo è controllare l’attività dei geni. Alcuni di questi frammenti sono unici per l’essere umano e alcuni sono attivi solo in specifici tessuti. Fino alla scoperta dell’enhancer HARE5 nessuno di questi particolari frammenti di DNA si era dimostrato in grado di influenzare direttamente l’anatomia del cervello.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno scandagliato diverse ampie banche dati contenenti informazioni sulle sequenze di DNA di esseri umani e scimpanzé per identificare gli henancer espressi principalmente nel tessuto cerebrale e all’inizio dello sviluppo embrionale. Fra le 106 sequenze individuate in questo modo ne hanno isolate sei che apparivano differenti nelle due specie, per concentrarsi infine su HARE5, in virtù della sua posizione vicina a un gene chiamato Frizzled-8 (Fzd8), che si ritiene coinvolto nello sviluppo del cervello.
«Siamo rimasti davvero entusiasti quando abbiamo visto i cervelli più grandi», afferma la Silver. Una volta inseriti in embrioni di topo (una specie che non ha un analogo di questo enhancer), le versioni umana e di scimpanzé di HARE5 hanno mostrato una differente capacità di stimolo dello sviluppo cerebrale: l’enhancer umano si attivava in una fase più precoce dello sviluppo e rimaneva più attivo, soprattutto nella fase in cui le cellule progenitrici dei neuroni proliferano e aumentano di numero, appena prima di trasformarsi in neuroni maturi.
Negli embrioni di topo in cui il gene Frizzled-8 era sotto il controllo dell’enhancer HARE5 umano, queste cellule progenitrici proliferavano più rapidamente di quanto avvenisse nei topi con HARE5 di scimpanzé. Addirittura, verso la fine della gestazione la differenza di dimensioni del cervello era diventata visibile a occhio nudo.
La squadra di ricercatori è ora interessata a sapere se i topi si comporteranno tra loro in maniera differente nell’età adulta. Sono dunque alla ricerca di altri frammenti di DNA specificamente umani che influiscono sul cervello. «Pensiamo che questo sia davvero la punta di un iceberg».

La neocorteccia è la parte del cervello coinvolta nelle funzioni cerebrali di livello superiore, come linguaggio, ragionamento, capacità di pianificazione, per questo i ricercatori suppongono che la scoperta possa anche contribuire a chiarire la radice di alcune malattie neurologiche come l’autismo, il morbo di Alzheimer e la sclerosi multipla.
Questo vuol dire che, grazie alla scoperta di una proteina che rende il cervello umano unico, probabilmente, da oggi in poi, avremmo a disposizione una chiave importante per studiare uno degli organi indubbiamente più complessi del corpo umano.

Katia Valentini