di Victor Borrell Franco – Perché siamo come siamo? Cosa rende ognuno di noi unico al mondo?
La risposta è, senza dubbio, nel nostro cervello. E più in particolare, nella corteccia cerebrale, la sua parte più grande e complessa. Come suggerisce il nome, copre il cervello e gli conferisce il tipico aspetto ruvido.
La corteccia cerebrale dell’essere umano è una delle più grandi meraviglie della natura, che ci ha permesso di passare dall’utilizzo degli strumenti più semplici dei nostri antenati alla creazione di strumenti complessi come un laptop o una stazione spaziale internazionale.
Grazie alla corteccia cerebrale possiamo costruire dagli edifici più grandi ed efficienti alle più belle cattedrali. Possiamo avere interazioni sociali molto sottili.
Inoltre, nella corteccia cerebrale risiede molto di ciò che rende ognuno di noi unico: la nostra personalità.
È così che si è evoluta la nostra corteccia cerebrale
Come le nostre mani e il nostro naso, la nostra corteccia cerebrale è il prodotto di milioni di anni di evoluzione. Dopo la grande estinzione dei dinosauri 66 milioni di anni fa, i più grandi mammiferi sopravvissuti non erano molto più grandi di un’arvicola e la loro corteccia cerebrale pesava pochi grammi.
Tuttavia, l’azione incessante di molteplici fattori ha continuato a creare mutazioni nel genoma di questi mammiferi primitivi, proprio come era avvenuto dall’origine della vita.
Alcune di queste mutazioni erano dannose (come quelle che causano il cancro della pelle, per esempio) e sono andate perse quando i loro portatori sono morti. Ma altre mutazioni genetiche sono state benefiche e sono state trasferite nelle generazioni successive.
Attraverso questo processo ripetuto nel corso di milioni di generazioni, la piccola e relativamente semplice corteccia cerebrale di quei primi mammiferi è aumentata in dimensioni e complessità fino a diventare l’organo fenomenale che occupa oggi i nostri crani e ci permette di comprendere questo articolo.
Ebbene, lo studio che abbiamo condotto dall’Istituto di Neuroscienze di Alicante ha scoperto uno di questi cambiamenti genetici avvenuti durante l’evoluzione e che sono stati fondamentali per l’espansione della corteccia cerebrale umana.
La corteccia si forma durante lo sviluppo embrionale dalle cellule staminali neurali, che si dividono costantemente, dando origine a due cellule figlie dopo ogni divisione. All’inizio dello sviluppo, la divisione delle cellule staminali neurali genera più cellule staminali, aumentando così di numero.
Da un certo momento, questi iniziano a generare neuroni (neurogenesi), che alla fine andranno a costituire la corteccia cerebrale dell’adulto. Questo è un passaggio critico, perché quando la divisione cellulare produce due neuroni, non rimangono cellule staminali di riserva per continuare a produrre più neuroni.
Pertanto, il numero totale di neuroni nella corteccia dipende dal numero di cellule staminali neurali che devono generarle. E più neuroni vengono generati e più sono vari, maggiore è la dimensione e la complessità della corteccia cerebrale.
Nel cervello embrionale umano il numero di cellule staminali neurali, la loro diversità e la loro capacità di proliferazione sono enormi, mentre nel piccolo embrione di topo sono molto più piccole.
Un gene che regola le cellule staminali del cervello
La nuova ricerca del nostro laboratorio mostra che l’elevata capacità di proliferazione delle cellule staminali neurali della corteccia umana, e di altre specie con una grande corteccia, è in gran parte dovuta al gene MIR3607, la cui funzione è rimasta fino ad ora completamente sconosciuta.
Questo gene appartiene alla famiglia dei microRNA, piccole sequenze di RNA che agiscono come piccoli direttori d’orchestra, regolando l’attività di altri geni. In questo caso, MIR3607 aumenta la proliferazione delle cellule staminali nella corteccia in modo che alla fine generino un numero maggiore di neuroni.
Il nostro team è giunto a questa conclusione analizzando la presenza e la funzione di questo microRNA durante lo sviluppo embrionale della corteccia cerebrale in diverse specie di mammiferi dal cervello grande. Il nostro studio ha incluso l’essere umano, attraverso la coltivazione di ‘mini-cervelli’ (organoidi cerebrali).
Perché altri mammiferi non hanno sviluppato cortecce cerebrali così complesse?
L’evoluzione può essere capricciosa e non sempre progredisce verso organi o strutture più grandi e complessi. A volte li rende più semplici o addirittura li rimuove.
Questa è chiamata perdita secondaria ed è noto che accade a delfini, balene e altri mammiferi marini per i quali era più utile per il nuoto agile trasformare braccia e gambe articolate e mani con le dita in semplici pinne.
Allo stesso modo, quando la stirpe dei roditori si è discostata dai primati 75 milioni di anni fa, la loro evoluzione li ha portati a ridurre le dimensioni della corteccia cerebrale rispetto al loro comune antenato primate.
Quali cambiamenti e mutazioni genetiche hanno causato questa riduzione delle dimensioni del cervello nei roditori?
Il nostro studio risponde per la prima volta a questo enigma. Si scopre che i roditori non esprimono MIR3607 durante lo sviluppo embrionale, a differenza dei primati. Ciò impedisce alle loro cellule staminali neurali di proliferare molto. Di conseguenza, vengono generati pochi neuroni e la corteccia finisce per avere una piccola dimensione.
Vale a dire: grazie alla comparsa del gene MIR3607, il cervello dei mammiferi è aumentato di dimensioni durante l’evoluzione, ed è ancora necessario che le cellule staminali lo mantengano attivo affinché il nostro cervello abbia le dimensioni adeguate.
Altrimenti, lo sviluppo corticale e la neurogenesi sono compromessi, portando a dimensioni molto più piccole, come è accaduto nei roditori.
Una scoperta che cambia i libri di testo
Questa scoperta ci aiuta a capire come le forze evolutive hanno plasmato i nostri cervelli in quello che sono oggi. E inoltre, come quegli stessi meccanismi hanno plasmato i cervelli di altre specie, cambiando ciò che dicono i libri di testo.
La scoperta ha un impatto anche a livello clinico, poiché il gene MIR3607 è ormai un possibile marker diagnostico genetico per malformazioni cerebrali congenite; in particolare, quelli che influenzano le dimensioni del cervello, come la microcefalia.
Victor Borrell Franco è Ricercatore scientifico CSIC, direttore del gruppo Neurogenesi ed espansione corticale, Università Miguel Hernández. A questo link lo studio completo della sua ricerca
