El gen FOXP2 en el desenvolupament de la capacitat lingüística en el cervell humà

Neurogenètica: Si ens demanen què ens fa humans, sovint respondre amb un seguit de divises: intel·ligència, sociabilitat, pensament simbòlic, fabricació i manipulació d’eines, etc. Una de les que apareix amb alta freqüència és el llenguatge, concretament el llenguatge oral articulat com a forma fonamental de comunicació entre els humans. Naturalment que existeix comunicació interpersonal entre les altres espècies vivents de grans simis, però revesteix unes altres característiques, de forma que s’entén que el llenguatge articulat és una sofisticació innovadora en el llinatge humà. La capacitat lingüística té un component fonamental de transmissió cultural, i de fet els idiomes que trobem en la humanitat es transmeten d’aquesta forma. Els experiments (segurament llegendaris) de veure quina llengua parlarien infants als quals ningú no parlés ens ho indiquen, així com els casos d’infants ferèstecs. De totes formes, a banda d’aquest component de transmissió cultural, existeix un component innat, de transmissió genètica, que inclou tant les característiques anatòmiques i funcionals de l’aparell fonador com la base neurològica de la capacitat lingüística innata. Aquesta modelació teòrica ens faria esperar l’existència d’una sèrie de gens que fossin responsables d’aquest tret diferencial neurològic de l’espècie humana. Per a la identificació d’aquests gens, hom ha recorregut a l’estudi de casos de disfuncions lingüístiques o de la paraula que poguessin tindre una base genètica nítida. Els casos descrits fins ara són mutacions en el gen FOXP2. Una comparació entre la seqüència gènica del FOXP2 en humans i ximpanzès, mostra una diferència de dos aminoàcids en la seqüència de la proteïna. Això és notable, car FOXP2 és un gen altament conservat en mamífers. Així doncs, s’ha suposat que la doble mutació en el gen FOXP2 jugà un paper en l’adquisició de les bases cognitives que permetrien el desenvolupament del llenguatge humà. Però, és clar, per dir això, com a mínim cal atribuir un mecanisme de funcionament diferencial a la proteïna FOXP2 humana. I això és el que fan en un article a Nature, un grup d’investigadors nord-americans, coordinat per Daniel H. Geschwind, de la University of California, Los Angeles. Més que la proteïna FOXP2 en ella mateixa, els autors valoren aquesta línia de recerca per la llum que pot llençar a les “vies de senyalització que controlen tant l’evolució com el desenvolupament de llenguatge en el cervell humà”.

La primera pista: el gen FOXP2 i trastorns congènits de la parla i del llenguatge

Els trastorns genètics que es deuen a la mutació d’un únic gen segueixen una via de transmissió familiar d’acord amb les lleis identificades per Gregor Mendel. Són, doncs, més fàcils d’identificar que no pas aquelles alteracions que són degudes a més d’un gen o en les quals el component genètic del trastorn es barreja amb components ambientals, o bé simplement una mutació en el gen augmenta el risc o la susceptibilitat de patir tal o tal trastorn.

Fa uns vint anys, però, es va descriure una família en la qual 16 membres, de 3 generacions diferents, presentaven una dispràxia verbal severa (Hurst el a., 1990). El trastorn era degut a un problema específic en el desenvolupament de la capacitat lingüística. El pedigrí indicava que la malaltia era autosòmica i dominant, és a dir que s’heretava d’igual forma per la línia masculina i femenina, i que la sola presència de la mutació en una d’aquestes línies, conduïa a la dispràxia. Més endavant, estudis en aquests 16 casos posaven de manifest que es tractava particularment d’un trastorn específic gramàtic, és a dir de la capacitat de seguir regles sintàctiques per a temps, nombre i gènere. Encara que les regles sintàctiques puguin variar de llengua en llengua, hi ha una base gramàtica comuna, i era aquesta la que es trobava alterada en aquesta família. Aquesta dispràxia era acompanyada de trastorns en altres funcions intel·lectuals i en la motilitat orofacial. Els estudis de neuroimatge de finals dels anys 1990, permeteren identificar alteracions en la funcionalitat de les àrees motores del lòbul frontal, degudes al desenvolupament anatòmic normal d’aquesta regió del cervell. Quan un dels afectats es va morir, una anàlisi histològica d’aquesta regió del cervell va identificar una alteració citopatològica en el neostriat.

La mutació que afectava aquesta família es trobava en el braç llarg del cromosoma 7, concretament a la regió 7q31. Des de llavors únicament s’ha descrit una família addicional, on una mutació en el gen FOXP2 produeix ja en la infantesa problemes en el desenvolupament del llenguatge.

El gen FOXP2 conté la informació per a la síntesi d’una proteïna, la FOXP2 (forkhead box P2 protein, però també anomenada TNRC10 o CAGH44), que actua com a factor de transcripció d’altres gens. És a dir, que s’uneix als promotors d’una sèrie d’altres gens i, conjuntament amb d’altres factors de transcripció, contribueix al nivell d’expressió d’aquests gens. D’aquesta forma, un canvi en la proteïna FOXP2 pot afectar de fet a tot un programa d’expressió gènica. I s’entén així que mutacions que n’afecten la funcionalitat puguin tindre un efecte en el desenvolupament de la capacitat lingüística.

Les mutacions de les dues famílies citades es produeixen respectivament en:
– la posició aminoacídica 553 de la proteïna FOXP2, els individus afectats tenien una histidina per comptes d’una arginina. Aquesta mutació afecta la unió de la proteïna FOXP2 en l’ADN.
– la posició aminoacídica 327, a partir de la qual queda truncada la síntesi proteica. En aquest cas la proteïna FOXP2 és completament afuncional.

La segona pista: el gen FOXP2 en humans mostra característiques específiques

Una comparació entre la seqüència del gen FOXP2 en humans i ximpanzès, mostra una discrepància en dos aminoàcids (el 303 i el 325). Aquesta discrepància si atenem que en la majoria d’espècies on es coneix la seqüència de FOXP2 hi ha un alt grau d’homologia. Dos aminoàcids en els set milions d’anys escassos que separen els llinatges humà i paní és una xifra prou notable, com perquè es parli “d’evolució accelerada” (Zhang et al., 2002). Per fer-nos una idea del grau conservació n’hi ha prou a dir que la mutació R553H en la família humana abans esmentada és un canvi en una posició que sempre és ocupada per una arginina en totes les proteïnes de la família forkhead descrites, tant de llevats com d’humans.

Les dues mutacions aminoacídiques en la proteïna FOXP2 i el seu impacte en el desenvolupament del llenguatge

A partir d’aquestes dues pistes, el grup de recerca de Daniel H. Geschwind i Genevieve Konopka, es posà a la tasca de saber si “aquests aminoàcids de la FOXP2 humana tenen cap conseqüència funcional en neurones humanes”.

Per fer-ho, han estudiat, el patró d’expressió que la FOXP2 humana i la FOXP2 de ximpanzè generen en preparacions de neurones in vitro. El canvi de dos aminoàcids, han comprovat, resulta rellevant per a la funció de la FOXP2. A partir de les dades que ells han obtingut, i d’altres estudis realitzats en els darrers anys, han comparat els patrons d’expressió dels gens afectats per la FOXP2 en preparacions histològiques de cervells humans i de ximpanzès. En total, hi ha uns 116 gens l’expressió dels quals es veu alterada per aquestes dues mutacions humanes en el gen FOXP2.

L’estudi, doncs, mostra la rellevància funcional de les dues substitucions aminoacídiques de la FOXP2. Naturalment, en l’evolució del llinatge humà, aquestes mutacions s’han de considerar en el context de moltes altres mutacions, que també es fixaren pressumiblement pels avantatges adaptatius que conferien als individus i als grups que n’eren portadors. La FOXP2 juga un paper en nombrosos processos, però aparentment l’avantatge conferit per les mutacions es trobaria en una alteració en el programa de desenvolupament del lòbul frontal. Començar a lligar les peces d’aquest trencaclosques de gens i de mutacions individuals ens ajuda a comprendre també els mecanismes bàsics del desenvolupament de les funcions cognitives, i la base de les seves patologies.

Lligam:

Human-specific transcriptional regulation of CNS development genes by FOXP2. Genevieve Konopka, Jamee M. Bomar, Kellen Winden, Giovanni Coppola, Zophonias O. Jonsson, Fuying Gao, Sophia Peng, Todd M. Preuss, James A. Wohlschlegel & Daniel H. Geschwind. Nature 462, 213-217 (12 November 2009) | doi:10.1038/nature08549

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.