Víctor Borrell, investigador del Instituto de Neurociencias, centro mixto del Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández, ha
identificado por primera vez una señal molecular clave para la expansión de la corteza
cerebral y la adquisición de su compleja arquitectura durante la evolución de los
mamíferos. Este hallazgo tiene una importancia sin precedentes porque demuestra que
esta evolución no se debió a la aparición de nuevos genes, como se ha sugerido
recientemente, sino a la regulación fina de los mecanismos genéticos que ya existía en
los reptiles y que son comunes a todos los amniotas (reptiles, aves y mamíferos).
En el estudio, liderado por el doctor Borrell que dirige el Grupo de Neurogénesis y
Expansión Cortical del Instituto de Neurociencias, han colaborado investigadores de la
Universidad de Ginebra (Suiza), el Instituto Max Planck (Alemania) y las Universidades
de Stanford y Thomas Jefferson (EE.UU.). Por su parte, Athanasia Tzika, investigadora de
la Universidad de Ginebra (Suiza), ha proporcionado los modelos de reptiles para este
estudio.
El cerebro es radicalmente diferente entre reptiles, aves y mamíferos, debido
fundamentalmente a la diferencia de tamaño y complejidad de la corteza cerebral, que
llega a su máximo exponente en nuestra especie. Compuesta de seis capas, frente a las
tres de reptiles y aves, la corteza cerebral nos permite controlar características
exclusivamente humanas, como la creatividad, el lenguaje, la escritura, la risa, las artes
o la capacidad de planificar acciones y prever sus consecuencias.
La expansión de la corteza cerebral se inició con el paso a tierra de los anfibios, en el
Cámbrico, hace unos 500 millones de años, cuando la diversidad de formas de vida experimentó una gran explosión. En ese momento se produjo la aparición de los
amniotas (reptiles, anfibios y aves), cuyo embrión está provisto de una cavidad rellena
de líquido (amnios) que les permitía independizarse del agua para su reproducción y
desarrollo.
Dejar el medio acuático supuso un gran reto para el primitivo cerebro, que experimentó
profundas modificaciones para integrar la nueva información visual, acústica y olfativa
que recibía fuera del agua, así como para adaptarse a la nueva locomoción terrestre,
que necesitó el desarrollo de una musculatura corporal específica para mover las
extremidades anteriores y posteriores.
Todas estas modificaciones hicieron evolucionar a la pequeña y primitiva corteza
cerebral de los anfibios hasta convertirse en la más grande y compleja de los mamíferos.
Esto ocurrió gracias a un aumento en el número y tipos de neuronas, que permitió el
paso de una corteza formada por tres capas de células, denominada paleocorteza
(corteza antigua) propia de los reptiles, a otra más evolucionada y con seis capas, típica
de los mamíferos, denominada neocorteza (corteza nueva). Este gran salto cualitativo
fue fundamental para el aumento progresivo en las capacidades cognitivas en las
distintas especies de mamíferos, llegando en última instancia al nivel más alto en los
primates y el ser humano.
Las células madre de las neuronas
El desarrollo de la corteza cerebral depende en gran medida de las células de glía radial,
las células madre encargadas de generar neuronas y de guiarlas durante el desarrollo
embrionario hasta sus destinos finales dentro del cerebro. El incremento en la
neurogénesis embrionaria a lo largo de la evolución dependió de una decisión binaria
de las células de glía radial: la de generar neuronas de forma directa o indirecta.
En reptiles y aves, la mayoría de las neuronas corticales son producidas directamente a
partir de las células de glía radial, mientras que en la neocorteza de los mamíferos la
mayoría de las neuronas se producen de forma indirecta, a través de células
progenitoras intermedias, que se agrupan en la denominada zona subventricular, “la
cuna de las neuronas”, exclusiva del cerebro de los mamíferos. Este proceso para
generar nuevas neuronas, aunque más lento, permitió una amplificación exponencial de
la producción de neuronas nuevas que impulsó la evolución de la corteza a cerebral.
Hasta ahora se desconocían los mecanismos que regularon esta expansión de la corteza
cerebral desde las tres capas de los reptiles y aves a las seis capas de los mamíferos. El
equipo de Víctor Borrell ha dado un paso muy importante precisamente para
comprender, tanto a nivel celular como genético, la manera en que tuvo lugar esta
evolución, fundamental para dotarnos de características únicas. En concreto, han
identificado por primera vez una señal molecular clave para la expansión de la corteza
cerebral y la adquisición de su compleja arquitectura en los mamíferos (neocorteza).
El equipo del doctor Borrell ha utilizado experimentos de ganancia y pérdida de función
génica en embriones de ratones, pollos y serpientes, y también en organoides cerebrales humanos, para demostrar que los niveles bajos del gen Robo (abreviatura de
Roundabout, en inglés “rotonda”), combinados con niveles altos del gen Dll1, son
necesarios y suficientes para conducir a la neurogénesis indirecta que permitió el
desarrollo de la corteza cerebral cada vez más grande y compleja de los mamíferos.
Además, han comprobado en serpientes y aves que la disminución de la señal de Robo
y la potenciación de Dll1 recapitula este proceso evolutivo, dando lugar a la formación
de células madre que solo se forman en el cerebro de mamíferos, y que son necesarias
para la neurogénesis indirecta, también exclusiva de mamíferos.