Bases genómicas de la evolución del cerebro a partir del número de neuronas en corteza cerebral

Abstract

"El cerebro es el órgano más complejo producido por la evolución biológica y en mamíferos, ha mostrado un notable incremento en la encefalización (tamaño cerebral relativo al cuerpo) en comparación con otros vertebrados. Dentro de este grupo, primates y cetáceos presentan los mayores niveles de encefalización, siendo la corteza cerebral el principal componente de esta expansión, ya que explica cerca del 90% de la variación entre especies. Más allá del tamaño absoluto, la composición celular y el número de conexiones neuronales se consideran indicadores más precisos de complejidad cerebral y la evolución de capacidades cognitivas. El desarrollo de metodologías recientes ha permitido cuantificar de manera confiable el número de neuronas y células gliales, proporcionando estimaciones comparables entre regiones cerebrales y entre distintas especies. El presente trabajo explora las bases genómicas de la evolución de la composición celular en la corteza cerebral de mamíferos mediante un enfoque de genómica comparativa. Se analizó la relación entre el número de neuronas corticales y la variación en el tamaño de familias de genes (GFS, gene family size) utilizando datos de 18 especies con genomas de referencia disponibles. Para ello, se implementaron modelos de regresión con corrección filogenética, lo que permitió evaluar asociaciones entre características genómicas y fenotípicas controlando la dependencia evolutiva. En los resultados se identificó 385 familias de genes asociadas significativamente con el número de neuronas en la corteza cerebral. Los estudios funcionales de estas familias revelaron un enriquecimiento en funciones vinculadas a la señalización celular y la respuesta inmune. Adicionalmente, se exploró su expresión espacio-temporal con datos transcriptómicos humanos, localización cromosómica e interacciones proteína-proteína. Los resultados mostraron baja expresión durante la etapa fetal, esto sugiere que estas familias génicas actúan principalmente en etapas posteriores del desarrollo cortical, relacionadas con la maduración y organización neuronal más que con la proliferación celular; una sobreexpresión durante la infancia, en paralelo con procesos de sinaptogénesis y plasticidad neuronal; y niveles altos en la adultez, con un ligero descenso respecto a la infancia, reflejando un equilibrio entre funcionalidad y mantenimiento de redes neuronales. Asimismo, se detectó acumulación de genes en cromosomas específicos, asociados a funciones inmunológicas y de plasticidad sináptica. El análisis de redes de co-expresión y de interacciones proteína-proteína confirmó enriquecimientos funcionales congruentes. Cabe resaltar que la firma genómica identificada no corresponde a un efecto sistémico de todo el cerebro, sino que se restringe específicamente a la corteza cerebral. En conjunto, este estudio constituye el primer reporte de una firma genómica asociada a la expansión del número de neuronas corticales en mamíferos. Los resultados sugieren una coevolución entre el sistema nervioso y el sistema inmune, ambos desempeñando un papel esencial en la plasticidad, neuroprotección y mantenimiento de la función cerebral. Estos hallazgos ofrecen nuevas perspectivas para comprender los mecanismos genómicos que sustentan la evolución de la corteza cerebral y, en particular, el origen de las capacidades cognitivas avanzadas en el linaje humano".