Nel gene CLOCK le risposte sull’evoluzione del cervello umano

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Immagine: questo gruppo di neuroni è cresciuto in una serie di globuli rossi con livelli del gene  CLOCK alterati che migrano più lontano dalle cellule verdi di controllo. L’immagine fa parte di uno studio che dimostra che un gene che controlla il nostro orologio biologico ha anche un ruolo fondamentale nell’evoluzione del cervello. Credito: UTSW

Gli scienziati hanno a lungo cercato di svelare i misteri molecolari che rendono speciale il cervello umano: quali processi hanno guidato la sua evoluzione nel corso dei millenni? Quali geni sono fondamentali per lo sviluppo cognitivo?

Un nuovo studio fornisce informazioni sull’argomento dimostrando che un gene che controlla i nostri orologi biologici svolge anche un ruolo vitale nella regolazione dei geni specifici  per  l’evoluzione del cervello umano. I risultati dello studio condotto dall’ O’onnell Brain Institute aprono nuovi percorsi di ricerca su come le proteine ​​CLOCK prodotte dal gene CLOCK influenzano la funzione cerebrale e i processi attraverso i quali i neuroni trovano il loro giusto posto nel cervello.

( Vedi anche:Come funziona il cervello delle persone intelligenti?).

” Gli scienziati sono da tempo alla ricerca di geni che sono importanti per l’evoluzione del cervello”, ha detto la Dr.ssa Genevieve Konopka, neuroscienziata presso il Peter O’Donnell Jr. Brain Institute della UT Southwestern. “Ora abbiamo la prova che CLOCK regola molti geni al di fuori dei ritmi circadiani, quindi possiamo collocarlo come un punto chiave nella gerarchia di importanti percorsi molecolari per lo sviluppo e l’evoluzione del cervello umano”.

I cervelli umani sono notevolmente più grandi del cervello del nostro parente più prossimo, lo scimpanzé. Ma poiché la dimensione da sola non influenza le abilità cognitive ( i mammiferi come balene e delfini ad esempio, hanno cervelli più grandi ), gli scienziati hanno cercato di capire cosa rende più intelligente il cervello umano.

La ricerca della Dr.ssa Konopka si è concentrata sulla neocorteccia, un’area del cervello con pieghe distintive associate alla vista e all’udito e considerata la parte più evoluta della corteccia. Il suo laboratorio ha pubblicato uno studio nel 2012 che ha scoperto che CLOCK ha aumentato l’espressione nella neocorteccia umana rispetto agli altri cervelli dei primati. I risultati hanno indotto ulteriori domande su ciò che queste proteine facevano in una regione neurale che non è tradizionalmente considerata un hub per la funzione del ritmo circadiano.

Il nuovo studio pubblicato su Genes & Development offre alcune risposte:

  • il gene Clock regola un insieme di geni importanti per l’evoluzione del cervello che presentano differenze in termini di dove e quanto sono espresse rispetto agli altri primati.
  • il gene Clock regola i geni legati ai disturbi cognitivi e ha un ruolo importante nella migrazione neuronale umana – il processo attraverso il quale i neuroni nati in altre parti del cervello si dirigono verso i circuiti neurali appropriati. Difetti in questo processo di migrazione portano a una serie di disturbi cognitivi.

I risultati suggeriscono che potrebbe esserci molto di più da imparare su varie funzioni controllate da CLOCK, identificato nel 1997 dal Dr. Joseph S. Takahashi dell’UT Southwestern. La sua rivoluzionaria scoperta, vincitrice di premio Nobel, ha dimostrato l’esistenza di orologi biologici nei mammiferi. Diversi studi dopo la scoperta del Dr. Takahashi hanno suggerito collegamenti tra la funzione dell’orologio biologico e problemi di salute come il cancro, i disturbi cognitivi e la depressione.

Lo studio della Dr.ssa Konopka – che ha usato tessuto cerebrale postmortem e neuroni umani in coltura – è il primo a esaminare il ruolo di CLOCK nella neocorteccia umana.

” La nuova funzione del gene CLOCK nel cervello, non direttamente correlata ai ritmi circadiani, era inaspettata e il suo possibile ruolo nell’evoluzione della neocorteccia umana è molto eccitante”, ha affermato il Dr. Takahashi, corrispondente autore del nuovo studio, Presidente di Neuroscienze presso la UT Southwestern, Ricercatore per l’Howard Hughes Medical Institute e detentore del Loyd B. Sands Illustre Chair in Neuroscience.

Il Konopka Lab cercherà di espandere le scoperte studiando gli organoidi del cervello – essenzialmente mini cervelli umani cresciuti in un piatto – per comprendere gli obiettivi specifici che CLOCK regola.

Il team manipolerà il gene in questi tessuti e documenterà i cambiamenti nella funzione, come i difetti nella migrazione neuronale o lo sviluppo di altri tipi di cellule. La ricerca della Dr.ssa Konopka coinvolgerà anche “topi umanizzati”, che hanno ricevuto CLOCK nella loro neocorteccia. Il laboratorio monitorerà i vari cambiamenti nello sviluppo e nel comportamento del cervello.

“C’è così tanto che non sappiamo sullo sviluppo e sull’evoluzione del cervello umano”, ha affermato la Dr.ssa Konopka, Professore associato di neuroscienze. “Stiamo mettendo insieme più pezzi del puzzle per capire quali geni sono collegati agli altri nello sviluppo del cervello umano”.

Fonte: Genes & Development 

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