Descubren un ARN que regula el tamaño del cerebro en las distintas especies

Una pequeña molécula de ácido ribonucleico (ARN), denominada MIR3607, que se activa durante el desarrollo embrionario de los mamíferos con un cerebro muy grande, como el humano, y permanece apagado en aquellos cerebros pequeños como el ratón, es clave en la evolución del cerebro de las distintas especies animales. Esta es la principal conclusión de un estudio publicado en la revista Science Advances, elaborado por el grupo de Neurogénesis y expansión cortical del Instituto de Neurociencias, centro mixto de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

La principal función de este ARN es aumentar el número de células madre neurales para potenciar la formación de neuronas, explica el investigador Víctor Borrell, líder del grupo de investigación. Según las conclusiones de su estudio, la expresión de MIR3607 durante el desarrollo embrionario fue seleccionada por la evolución para potenciar en la mayoría de los mamíferos la expansión de la corteza cerebral, la parte más evolucionada del cerebro. Por el contrario, en roedores como el ratón, la pérdida de este microARN condujo a un cerebro pequeño y liso, a diferencia de la mayoría de los mamíferos, que evolucionaron hacia cerebros grandes y plegados.

Los investigadores explican que el ser humano tiene pocos genes exclusivos. La mayoría de genes humanos vienen de ancestros comunes con otras especies animales. Una pregunta fundamental aún por resolver era cómo la expresión de estos genes conservados durante la evolución que guían el desarrollo de la corteza cerebral se ha regulado de forma tan diferente en distintas especies.

El laboratorio de Neurogénesis y expansión cortical, ubicado en el campus de Sant Joan d’Alacant de la UMH, ha investigado esta cuestión centrándose en un gen que da lugar a un microRNA, denominado MIR3607. Han descubierto que, en especies con cerebros pequeños, como el ratón, la pérdida de la expresión, o “silenciamiento”, de MIR3607 durante la evolución condujo a una dramática disminución del tamaño de su corteza cerebral, algo que en última instancia determina el tamaño del cerebro. Además, su corteza cerebral se volvió lisa, frente a la de la mayoría de los mamíferos, que ha ido aumentado su superficie mediante circunvoluciones y surcos, a modo de un relieve de picos y valles.

Los mecanismos genéticos que subyacen a esta pérdida secundaria en la evolución del cerebro de los roedores eran completamente desconocidos hasta ahora. “Con nuestro trabajo mostramos que el microARN MIR3607 se expresa embrionariamente en la gran corteza cerebral de los primates y carnívoros, como el hurón, pero no en el ratón”, señala Víctor Borrell.

Los microARN, explica el investigador, son pequeños ARN que no dan lugar a proteínas, sino que regulan la expresión de otros genes, por lo que son esenciales durante el desarrollo embrionario. Además, la evolución de las distintas especies animales va en paralelo a la aparición de nuevos microARN. A pesar de ello, estas moléculas han recibido poca atención en el estudio de la evolución y expansión del cerebro.

Con este trabajo, explica Borrell, se ha identificado a MIR3607 como un importante factor en el desarrollo embrionario de la corteza cerebral porque regula procesos como la proliferación de las células madre y la diferenciación celular. Estos hallazgos encajan, también, con los descubrimientos recientes sobre la importancia de los microARN en el desarrollo cortical temprano.

Desde el punto de vista evolutivo, estos resultados sugieren que “la pérdida de expresión de MIR3607 en el desarrollo de la corteza cerebral puede haber sido un factor clave para la reducción secundaria del tamaño del cerebro durante la evolución de los roedores. La ausencia de MIR3607 en la corteza cerebral embrionaria del ratón planteaba la cuestión clave y aún sin aclarar de cómo se regula su activación”, explica la investigadora del Instituto de Neurociencias y primera autora de este trabajo Kaviya Chinnappa.

Los investigadores explican que la tendencia general de la evolución en mamíferos hacia la expansión y el plegamiento de la corteza cerebral se invirtió en algunos grupos de mamíferos, como los monos del nuevo mundo y, sobre todo, los roedores, y sus cerebros evolucionaron haciéndose más pequeños y lisos que los de sus antepasados. “Nuestros resultados identifican por primera vez que la pérdida de MIR3607 fue seleccionada durante la evolución de los mamíferos pequeños para disminuir el tamaño de la corteza cerebral en los ratones”, destaca Borrell.

“Los microARNs suelen estar muy conservados entre especies animales. La semejanza de MIR3607 en el ser humano, macaco, hurón y ratón sugiere una funcionalidad conservada para este microARN en el cerebro del ratón. Por lo tanto, razonamos que, si re-expresáramos experimentalmente MIR3607 en el cerebro embrionario de ratón, podríamos arrojar luz sobre su papel durante el desarrollo cortical”, explica Chinnappa.

La expresión artificial de MIR3607 a partir de un vector de ADN desarrollado por el grupo de Víctor Borrell en la corteza cerebral de embriones de ratón permitió averiguar que la expresión de este microARN es, en sí misma, suficiente para promover la expansión de la zona ventricular del cerebro, la capa donde nacen las células madre que generan las neuronas. Además, corroboraron que la sobreexpresión de MIR3607 en células madre de cerebro humano también provoca su expansión.

Enlace a la publicación: https://doi.org/10.1126/sciadv.abj4010