Geni che non codificano: l’evoluzione del cervello nei primati

Una nuova ricerca rivela alcune innovazioni evolutive davvero uniche nel cervello dei primati. In uno studio pubblicato ieri  online sulla rivista Neuron, un gruppo di ricercatori descrive il ruolo dei microRNA – così chiamato perché contiene solo 22 nucleotidi – in una parte del cervello nota come zona subventricolare esterna. Il microRNA appartiene ad una categoria speciale di geni non codificanti che, quindi, impediscono la formazione di proteine. 

“E’ il microRNA a fornire  lo schema elettrico dettando quali geni sono accesi, quando sono accesi e dove sono accesi”, ha spiegato Kenneth S. Kosik, uno degli autori della ricerca, codirettore del Neuroscience Research Institute dell’Università della California. “C’è un nucleo con cui ogni genere di cose veramente complesse può essere costruito, e questi geni non codificanti sanno come assemblare queste strutture complesse”.

Sezione della corteccia dell’embrione di un macaco di 80 giorni. In rosso sono delimitate le aree sequenziate (17 e 18). Credit: University of California – Santa Barbara.

I ricercatori stavano cercando i geni non codificanti perché, man mano che gli organismi diventano più complessi attraverso l’evoluzione, il numero di questi geni aumenta notevolmente. Tuttavia, i geni codificanti – quelli che compongono le proteine ​​- non cambiano significativamente nella zona non codificata. Il microRNA che è stato isolato dalla squadra di Kosik si è evoluto di recente nei primati. Il lavoro ha dimostrato che questi minuscoli elementi di controllo sono stati sovrarappresentati nei tessuti cerebrali della zona subventricolare esterna in via di sviluppo dei macachi sottoposti ad analisi (i campioni di tessuto sono stati forniti da un laboratorio che tratta le staminali, il Brain Research Institute vicino a Lione).

La morfologia e la struttura della zona subventricolare esterna è associata alla presenza di “nuovo” microRNA. “Potrebbe indubbiamente esserci qualche rapporto – anche se non possiamo ancora dimostrarlo – tra l’invenzione di alcuni di questi nuovi geni non codificanti, il microRNA appunto, e la comparsa di una nuova struttura organica, la zona subventricolare esterna. Collegare in modo diretto un piano o una struttura morfologica con i geni è molto difficile, ma il nostro lavoro mostra una possibile base molecolare per gli strumenti che sono stati necessari per costruire questa nuova struttura”, ha precisato Kosik.

E questa sembra essere qualcosa in più di un’ipotesi. Dallo studio si evince infatti che il microRNA sostituisce vecchi geni, molti dei quali erano coinvolti nel ciclo cellulare responsabile per la divisione cellulare (o mitosi). Tutte le cellule evolvono ciclicamente: con le tecniche attuali è possibile monitorare questo ciclo osservando quale innovazione ha un’azione maggiore sui geni antecedenti. L’evoluzione non inventa nulla dal nulla. Il cervello dei macachi conferma il ruolo del microRNA nell’origine del cervello espanso dei primati. La scoperta ha un peso non certo trascurabile nello studio dell’evoluzione del cervello umano, inclusi alcuni disturbi con evidente base genetica.  

“Sappiamo che le persone con disturbi dello sviluppo potrebbero essere prive di un gene critico coinvolto nella formazione del cervello. Se abbiamo capito l’azione di controllo di questi geni – come questi nuovi dati ci stanno indicando – allora potremmo essere in grado di fare qualcosa che potrà essere d’aiuto nella ricerca sulle patologie umane”, ha concluso Kosik. Le prospettive sono molto interessanti. Una teoria sulla lettura in chiave anatomica delle fusioni di informazioni molecolari non è più così lontana. 

Paper di riferimento:

Mary L. Arcila, et alii.,  Novel Primate miRNAs Coevolved with Ancient Target Genes in Germinal Zone-Specific Expression Patterns, in “Neuron”, 2014; DOI:10.1016/j.neuron.2014.01.017