Desde su identificación en 2001, el gen FOXP2 ha sido el gen más estudiado en relación a la capacidad humana del lenguaje. Las personas que contienen una única copia funcional del factor de transcripción codificado por este gen presentan diferentes problemas asociados al lenguaje, tanto en el aspecto del aprendizaje y control de los complejos movimientos orofaciales necesarios para el habla, como en el campo expresivo y receptivo del lenguaje oral y escrito.
La evolución del gen FOXP2 resulta especialmente interesante al analizarla en paralelo a la evolución humana. Tras la separación del linaje humano del linaje del chimpancé se produjeron dos sustituciones de aminoácido en la proteína codificada por el gen FOXP2 en la especie humana. Esto significa que en seis millones de años, no sólo aparecieron, sino que se fijaron en las poblaciones humanas dos mutaciones en la región codificante, una tasa de evolución más acelerada de lo normal, teniendo en cuenta la conservación del resto de la proteína, lo que además, apunta a la existencia de selección positiva para los cambios. Todo ello dentro del contexto histórico en el que apareció el lenguaje oral como forma de comunicación de la especie humana.
Los primeros estudios con ratones en los que se había introducido los dos cambios específicos de humanos del gen FOXP2, indicaban que la presencia del alelo humanizado afectaba principalmente a las regiones cerebrales conectadas por circuitos cortico-basales, circuitos esenciales, entre otros aspectos para la capacidad de hablar y el lenguaje humano. Además, los ratones con la forma humana del gen presentaban un mayor número de dendritas reflejando una mayor capacidad de forma nuevas conexiones neuronales.
Un estudio, dirigido por Wolfgang Enard y Ann M. Graybiel, publicado esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) analiza en profundidad el comportamiento de los ratones con la versión humanizada de FOXP2 y revela que estos ratones aprenden más rápido que los ratones control.
En el trabajo se analizó cómo ratones con la versión humanizada del gen Foxp2 realizaban diversas pruebas de comportamiento diseñadas para evaluar influencia del gen en dos sistemas de aprendizaje, el procedimental, basado en la memoria necesaria para llevar tareas rutinarias automatizadas, y el declarativo, que requiere memorizar lugares o eventos. Ambos sistemas interaccionan para optimizar el comportamiento pero pueden también competir. En un contexto nuevo para un individuo, el aprendizaje declarativo predomina, conforme el ambiente es explorado. Después, con el entrenamiento, el sistema procedimental se convierte en el predominante.
Los investigadores observaron que cuándo era necesario un único tipo de aprendizaje, como por ejemplo, durante actividades donde únicamente se requerían habilidades motoras, los ratones con la copia humanizada se comportaban igual que los ratones control. Sin embargo, cuando la tarea requería convertir memorias declarativas en rutinas habituales, en los ratones con la versión humanizada del gen se favorecía de forma más rápida la transición de declarativa a la procedimental. En otras palabras, la copia humanizada del gen hacía que fuera más fácil convertir una actividad en rutina.
Foxp2 codifica para un factor de transcripción que regula la expresión de otros genes, por lo que la introducción de cambios en la proteína puede afectar potencialmente a los niveles de muchas otras proteínas, con el consecuente efecto en la función y fisiología de la célula. Los investigadores analizaron la expresión génica en dos compartimentos de la región cerebral del estriado (estriado dorsomedial y dorsolateral) que contribuyen de forma diferente a los dos tipos de aprendizaje, declarativo y procedimental, y observaron diferencias en la expresión de genes implicados en regulación sináptica, entre ambos compartimentos del estriado, lo que apuntaba a importantes alteraciones fisiológicas. Dichas alteraciones fueron confirmadas al encontrar también en los ratones con la copia humanizada del gen, diferentes niveles de dopamina en ambos regiones del estriado, así como cambios en la actividad neuronal entre ambos compartimentos, necesarios para la formación de memorias y aprendizaje de nuevas tareas.
En conjunto, aunque todavía quedan por explicar algunas cuestiones, como la contribución de las memorias declarativa y procedimental en el aprendizaje del lenguaje humano, los resultados obtenidos en el trabajo indican que los dos cambios de aminoácido en el gen FOXP2 ocurridos en el linaje humano contribuyeron a modelar el cerebro para adaptarlo a la adquisición del lenguaje. Con estos resultados, el gen FOXP2 continua revelando, no sólo sus secretos sino los de la evolución de la especie humana.
Referencia: Schreiweis C, et al. Humanized Foxp2 accelerates learning by enhancing transitions from declarative to procedural performance. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Sep 15. pii: 201414542.
Fuente: http://newsoffice.mit.edu/2014/language-gene-0915
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