Un equipo de investigadores de Duke ha identificado un grupo de secuencias de ADN humano que impulsan cambios en el desarrollo del cerebro, la digestión y la inmunidad que parecen haber evolucionado rápidamente después de que nuestra línea familiar se separó de la de los chimpancés, pero antes de que nos separáramos de los neandertales.

Nuestros cerebros son más grandes y nuestras tripas son más cortas que las de nuestros compañeros simios.

«Muchos de los rasgos que consideramos exclusivamente humanos y específicos de los humanos probablemente aparecen durante ese período de tiempo», en los 7,5 millones de años transcurridos desde la separación con el ancestro común que compartimos con el chimpancé, dijo Craig Lowe, Ph..D. profesor asistente de genética molecular y microbiología en la Escuela de Medicina de Duke.

Específicamente, las secuencias de ADN en cuestión, que los investigadores han denominado Human Ancestor Quickly Evolved Regions (HAQERS), pronunciadas como piratas informáticos, regulan los genes. Son los interruptores que les indican a los genes cercanos cuándo encenderse y apagarse. Los hallazgos aparecen el 23 de noviembre en la revista Cell.

La rápida evolución de estas regiones del genoma parece haber servido como un ajuste fino del control regulatorio, dijo Lowe. Se agregaron más interruptores al sistema operativo humano a medida que las secuencias se convirtieron en regiones reguladoras, y se ajustaron más finamente para adaptarse a las señales ambientales o de desarrollo. En general, esos cambios fueron ventajosos para nuestra especie.

«Parecen especialmente específicos para hacer que los genes se activen, pensamos solo en ciertos tipos de células en ciertos momentos del desarrollo, o incluso genes que se activan cuando el entorno cambia de alguna manera», dijo Lowe.

Gran parte de esta innovación genómica se encontró en el desarrollo del cerebro y el tracto gastrointestinal. «Vemos muchos elementos reguladores que se activan en estos tejidos», dijo Lowe. «Estos son los tejidos donde los humanos están refinando qué genes se expresan y en qué nivel».

Hoy en día, nuestros cerebros son más grandes que los de otros simios y nuestras tripas son ms cortas. «La gente ha planteado la hipótesis de que esos dos incluso están vinculados, porque son dos tejidos metabólicos muy caros de tener», dijo Lowe. «Creo que lo que estamos viendo es que en realidad no hubo una mutación que te dio un cerebro grande y una mutación que realmente golpeó el intestino, probablemente fueron muchos de estos pequeños cambios a lo largo del tiempo».

Para producir los nuevos hallazgos, el laboratorio de Lowe colaboró ​​con los colegas de Duke Tim Reddy, profesor asociado de bioestadística y bioinformática, y Debra Silver, profesora asociada de genética molecular y microbiología para aprovechar su experiencia. El laboratorio de Reddy es capaz de observar millones de interruptores genéticos a la vez y Silver está observando interruptores en acción en cerebros de ratones en desarrollo.

«Nuestra contribución fue que, si pudiéramos unir ambas tecnologías, entonces podríamos observar cientos de interruptores en este tipo de tejido en desarrollo complejo, que en realidad no se puede obtener de una línea celular», dijo Lowe.

«Queríamos identificar interruptores que fueran totalmente nuevos en humanos», dijo Lowe. Computacionalmente, pudieron inferir cómo habría sido el ADN del antepasado humano-chimpancé, así como los linajes extintos de Neanderthal y Denisovan. Los investigadores pudieron comparar las secuencias del genoma de estos otros parientes posteriores al chimpancé gracias a las bases de datos creadas a partir del trabajo pionero del premio Nobel de 2022 Svante Pääbo.

«Entonces, conocemos la secuencia de Neanderthal, pero probemos esa secuencia de Neanderthal y veamos si realmente puede activar los genes o no», lo cual hicieron docenas de veces.

«Y demostramos que, vaya, esto realmente es un interruptor que enciende y apaga los genes», dijo Lowe. «Fue realmente divertido ver que la nueva regulación de genes provino de interruptores totalmente nuevos, en lugar de simplemente cambiar el cableado de los interruptores que ya existían».

Junto con los rasgos positivos que los HAQER le dieron a los humanos, también pueden estar implicados en algunas enfermedades.

La mayoría de nosotros tenemos secuencias HAQER notablemente similares, pero hay algunas variaciones, «y pudimos demostrar que esas variantes tienden a correlacionarse con ciertas enfermedades», dijo Lowe, a saber, hipertensión, neuroblastoma, depresión unipolar, depresión bipolar y esquizofrenia. Los mecanismos de acción aún no se conocen, y se deberá realizar más investigación en estas áreas, dijo Lowe.

«Tal vez las enfermedades específicas de los humanos o las susceptibilidades específicas de los humanos a estas enfermedades se asignarán preferentemente a estos nuevos interruptores genéticos que solo existen en los humanos», dijo Lowe.

El apoyo para la investigación provino del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano — NIH (R35-HG011332), Centro de Biotecnología de Carolina del Norte (2016-IDG-1013, 2020-IIG-2109), Sigma Xi, The Triangle Center for Evolutionary Medicine y Duke Beca Whitehead.