La sequenza DNA, HARE5, controlla lo sviluppo della corteccia cerebrale

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Un frammento di DNA fa grande il cervello dell’uomo. Una piccola sequenza di DNA, chiamata HARE5, che regola l’espressione di un gene attivo durante lo sviluppo embrionale è responsabile della grande crescita della corteccia cerebrale umana rispetto a quella degli altri animali. Lo ha dimostrato uno studio su embrioni di topo in cui sono stati inseriti HARE5 umani e di scimpanzè. Una piccola sequenza di DNA non codificante del genoma umano è responsabile del grande sviluppo della corteccia cerebrale che caratterizza la nostra specie. Per quanto questa sequenza, chiamata HARE5, possa esplicare a pieno la sua funzione solo nell’essere umano, il suo inserimento in embrioni di topo ha fatto sì che i roditori sviluppassero una corteccia cerebrale di dimensioni inusualmente grande. La scoperta è stata fatta da un gruppo di ricercatori della Duke University a Durham, che la illustrano in un articolo pubblicato su “Current Biology”.

Embrione di topo in cui è stato impiantata la versione umana di HARE5. Le aree più scure sono quelle in cui HARE 5 è attivo. (Cortesia Silver lab/Duke University)
Embrione di topo in cui è stato impiantata la versione umana di HARE5. Le aree più scure sono quelle in cui HARE 5 è attivo. (Cortesia Silver lab/Duke University)

Ogni genoma contiene molte migliaia di frammenti di DNA – chiamati promotori o enhancers a seconda delle caratteristiche strutturali possedute – il cui ruolo è controllare l’attività dei geni. Alcuni di questi frammenti sono unici per l’essere umano e alcuni sono attivi solo in specifici tessuti. Fino alla scoperta dell’enhancer HARE5 nessuno di questi particolari frammenti di DNA si era dimostrato in grado di influenzare direttamente l’anatomia del cervello.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno scandagliato diverse ampie banche dati contenenti informazioni sulle sequenze di DNA di esseri umani e scimpanzè per identificare gli henancer espressi principalmente nel tessuto cerebrale e all’inizio dello sviluppo embrionale. Fra le 106 sequenze individuate in questo modo ne hanno isolate sei che apparivano differenti nelle due specie, per concentrarsi infine su HARE5, in virtù della sua posizione vicina a un gene chiamato Frizzled-8 (Fzd8), che si ritiene coinvolto nello sviluppo del cervello.
L’HARE5 umano e quello di scimpanzè differiscono solo per 16 lettere del loro codice genetico, eppure hanno un effetto molto diverso. Una volta inseriti in embrioni di topo (una specie che non ha un analogo di questo enhancer), le versioni umana e di scimpanzè di HARE5 hanno mostrato una differente capacità di stimolo dello sviluppo cerebrale: l’enhancer umano si attivava in una fase più precoce dello sviluppo e rimaneva più attivo, soprattutto nella fase in cui le cellule progenitrici dei neuroni proliferano e aumentano di numero, appena prima di trasformarsi in neuroni maturi.
Negli embrioni di topo in cui il gene Frizzled-8 era sotto il controllo dell’enhancer HARE5 umano, queste cellule progenitrici proliferavano più rapidamente di quanto avvenisse nei topi con HARE5 di scimpanzè. Addirittura, verso la fine della gestazione la differenza di dimensioni del cervello era diventata visibile a occhio nudo, alla nascita la neocorteccia dei topi con HARE5 umano era più grande del 12 per cento rispetto ai topi con enhancer di scimpanzè.
La neocorteccia è la parte del cervello coinvolta nelle funzioni cerebrali di livello superiore, come linguaggio, ragionamento, capacità di pianificazione, per questo i ricercatori suppongono che la scoperta possa anche contribuire a chiarire la radice di alcune malattie neurologiche come l’autismo e il morbo di Alzheimer.

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