Cérebro de humanos modernos produz mais neurônios que o de neandertais

Entender como o cérebro funciona e se desenvolveu ao longo dos séculos tem sido material de estudo para pesquisadores há muito tempo. Agora, ao relacionar o órgão de um humano moderno com o de um neandertal, cientistas notaram uma diferença expressiva na produção de neurônios.

Pesquisadores do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular, em Dresden, na Alemanha, descobriram que a variante humana da proteína TKTL1 (que difere apenas por um único aminoácido da variante neandertal) aumenta um tipo de célula progenitora cerebral. Essa atividade permite que o cérebro humano produza mais neurônios do que os nossos ancestrais.

Os achados foram divulgados na revista Science nesta sexta-feira (9). De acordo com o estudo, a proteína TKTL1 age diretamente nas células gliais radiais basais. Essas estruturas geram a maioria dos neurônios no neocórtex em desenvolvimento, parte do cérebro que é crucial para muitas habilidades cognitivas.

A TKL1 é uma das poucas proteínas com uma única substituição de aminoácidos encontrada em essencialmente todos os humanos atuais, mas ausente em humanos arcaicos extintos, como neandertais, denisovanos e outros primatas.

“Portanto, decidimos investigar se essa macromolécula tem um papel no desenvolvimento do neocórtex e afeta o número de neuroprogenitores”, relatam os cientistas no estudo. “Pesquisamos também se a TKTL1 arcaica (aTKTL1) e a TKTL1 humana moderna (hTKTL1) exercem efeitos semelhantes nos neuroprogenitores durante o desenvolvimento do neocórtex”, completam.

Como a atividade dessa proteína é particularmente alta no lobo frontal do cérebro humano fetal, os pesquisadores concluem que essa única substituição de aminoácidos específica para humanos está relacionada a uma maior produção de neurônios nessa região.

Produzindo neurônios

Tanto humanos quanto neandertais possuem um cérebro e um córtex de tamanho semelhante. Mas isso não significa que a quantidade de neurônios produzidos é a mesma. Especialistas destacam que o significado biológico dessas diferenças para o desenvolvimento do cérebro humano moderno é desconhecido.

Em humanos modernos, a TKTL1 contém uma arginina na posição da sequência em questão, enquanto que em neandertais a TKTL1 é o aminoácido relacionado lisina. No neocórtex humano, TKTL1 é encontrada em células progenitoras neocorticais, as células das quais derivam todos os neurônios corticais. 

Para entender essas diferenças, Anneline Pinson, principal autora do estudo, introduziu a variante humana moderna ou neandertal de TKTL1 no neocórtex de embriões de camundongos. Ela e sua equipe observaram que as células gliais radiais basais — que se acredita serem a força motriz para um cérebro maior — aumentaram com a variante humana moderna de TKTL1, mas não com a variante neandertal.

Como consequência, os cérebros de embriões de camundongos com o TKTL1 humano moderno desenvolveram mais neurônios. Na etapa seguinte, os pesquisadores exploraram a relevância desses efeitos para o desenvolvimento do cérebro humano.

Para isso, eles substituíram a arginina no TKTL1 humano moderno pela lisina característica do TKTL1 neandertal, usando organoides de cérebro humano – estruturas semelhantes a órgãos em miniatura que podem ser cultivadas a partir de células-tronco humanas em laboratório e que imitam aspectos de desenvolvimento inicial do nosso cérebro.

“Descobrimos que com o aminoácido do tipo neandertal em TKTL1, menos células gliais radiais basais foram produzidas do que com o tipo humano moderno e, como consequência, também menos neurônios”, diz Pinson, em comunicado. “Isso nos mostra que, embora não saibamos quantos neurônios o cérebro neandertal tinha, podemos supor que os humanos modernos têm mais neurônios no lobo frontal do cérebro, onde a atividade de TKTL1 é mais alta, do que nos neandertais”.

Os pesquisadores também concluíram que a TKTL1 de humanos modernos atua por meio de mudanças no metabolismo. Acredita-se que a nossa proteína aumenta a síntese de certos lipídios de membrana necessários para gerar o longo processo de células gliais radiais basais que estimula sua proliferação e, portanto, aumenta a produção de neurônios.