Un gene duplicato….male, ha scelto la via evolutiva del cervello umano

La duplicazione parziale di un gene, avvenuta circa 2,5 milioni di anni fa, sarebbe responsabile dello sviluppo di alcune funzioni critiche che hanno permesso al cervello umano un salto di qualità rispetto a quello dei nostri più prossimi parenti.

Ad attestarlo sono due studi condotti da ricercatori dello Scripps Research Institute e dell’Università di Washington pubblicationline dalla rivista “Cell”.In effetti questa non è la prima volta che vengono rilevati geni extra che sembrano avere avuto un ruolo nello sviluppo evolutivo del cervello: “Ci sono circa 30 geni che sono stati selettivamente duplicati negli esseri umani, molti dei quali hanno a che fare proprio con il controllo delle strutture cerebrali”, spiega Franck Polleux, che ha diretto una delle due ricerche. Tuttavia, in genere queste duplicazioni non sono funzionali, mentre quella identificata ora ha una particolarità, che ne fa “un esempio importante di innovazione genomica che ha contribuito all’evoluzione umana”.
Ad attirare l’attenzione dei ricercatori è stato il gene srGAP2 – che codifica per una proteina con un ruolo significativo nel processo di maturazione del cervello – la cui duplicazione è avvenuta almeno due volte nel corso dell’evoluzione umana: prima circa 3,5 milioni di anni fa e poi ancora circa 2,5 milioni di anni fa. Questa seconda duplicazione è stata peraltro solo parziale ma in grado di far emergere una nuova funzione genica.

I ricercatori hanno individuato sul cromosoma 1, dove risiede il gene per la proteina srGAP2, due ulteriori copie vicine, che hanno chiamato SRGAP2B e SRGAP2C, che sono oltre il 99 per cento identiche all’originale (ribattezzato SRGAP2A). Dopo aver sviluppato sonde in grado di distinguere questi geni e i loro prodotti proteici, i ricercatori ne hanno esaminato l’espressione in colture di cellule di tessuto cerebrale.

E’ stato così rilevato che solo la copia SRGAP2C era biologicamente attiva ed espressa ad alti livelli; inoltre solo questa dava origine a una versione tronca della proteina originale. L’aspetto singolare è che la nuova proteina tronca manca della capacità di promuovere la maturazione cellulare propria dell’originale ma è in grado di interferire con essa e inibirne la normale espressione.

Come hanno mostrato i ricercatori in una serie di esperimenti in vitro, la srGAP2 accelera la maturazione cerebrale anche inducendo i neuroni a sviluppare filopodi, piccole appendici che la ancorano a un sito specifico, e limitando lo sviluppo delle spine dendritiche, che invece in presenza della proteina tronca hanno molto più tempo per “fiorire” e generare connessioni sulle lunghe distanze.

Attraverso una serie di analisi di datazione delle mutazioni, i ricercatori hanno poi scoperto un’altra circostanza interessante: la seconda duplicazione, incompleta, è avvenuta circa un milione di anni dopo la prima, completa ma sostanzialmente inattiva, ovvero in corrispondenza della separazione del genere Homo da Australopithecus.

Lo studio delle duplicazioni geniche potrebbe portare a una migliore comprensione dei disturbi dello sviluppo umano. L’autismo e la schizofrenia, per esempio, sono noti per caratterizzare un’anomala connettività neuronale che influenza lo sviluppo sinaptico, ma sono risultati difficili da modellare accuratamente in modelli murini.

Duplicazioni geniche come SRGAP2C, che normalmente non si verificano nei topi, potrebbero fornire importanti pezzi mancanti al puzzle completo. “Abbiamo in programma di aumentare i modelli murini esistenti con l’aggiunta di alcune duplicazioni dei geni specificamente umani”, ha detto Polleux.