3/24/2008

FOXP2 i l'evolució del llenguatge

De tant en tant succeeix que un gen/proteïna salta a la palestra i la comunitat científica es tomba per mirar-lo. Passa sovint que algun biòleg el troba amagat darrera d’una funció important amb la qual el gen alterat està organitzant un bon pollastre en algú o en alguna família sencera. Un gen que avui en dia volta ufanós per la palestra és el FOXP2. I és que FOXP2 ha resultat ser un gen molt necessari pel llenguatge. No és el gen, l’únic gen, del llenguatge, però si és segur un d’ells.

Problemes de família

Primer de tot ens hem de remuntar al 1990, quan s’identifica una família (la família KE) on en tres generacions la meitat dels seus membre presenten problemes de parla i desordres del llenguatge. La descripció de l’essència del desordre va provocar controvèrsia llavors i encara no està del tot clara però la descripció general és que es tracta d’una afectació de l’expressió i l’articulació del llenguatge més que de la seva comprensió. Els problemes apareixen relacionats amb l'organització i coordinació dels complexos i rapidíssims moviments que es requereixen per la producció de la parla, a més d’una notable incapacitat gramàtica de fer el plurals, els temps verbals o els gèneres de les paraules. No presenten, en canvi, cap dèficit d’oïda o de moviment de llavis o d’empassar. És un problema estrictament de llenguatge. Mentre que en la majoria de tests de parla i llenguatge es podia donar un cert grau de solapament amb el grup de no afectats, el punt clau diferencial era l’habilitat disminuida per repetir paraules i no-paraules (sons que no volen dir res) i en la praxis orofacial (imitació de moviments complexos amb la cara i la boca, necessaris per la parla). Aquestes incapacitats són similars a les que presenten el afectats d’afàsia de Broca però amb algunes diferències importants. Mentre que els membres de la família KE presenten dèficits de repetició tan de paraules com de no-paraules els malalts d’afàsia de Broca només la presenten en no-paraules, segurament perquè van aprendre com formular la paraula abans de patir l’afàsia. En canvi, els tests relacionats amb semàntica, fonètica o escriptura els fèien molt millor els de la família KE, segurament perquè durant el seu neurodesenvolupament han pogut compensar parcialment les funcions en altres zones del cervell.

Els estudis amb tècniques de neuroimatge han mostrat variacions en el fenotip neuronal dels membres afectats. Els més importants són: falta de matèria grisa en l’àrea de Broca i excés en la de Wernicke; i reducció del nucli caudat amb forta correlació amb la mala relització del test de praxis oral. L’àrea de Broca i el putamen s’activen menys al realitzar tasques de llenguatge en aquests malalts. En canvi, i això és sempre fascinant, els afectats presenten major activació d’àrees que normalment no tenen res a veure amb el llenguatge, com són regions posteriors del lòbul parietal i regions del lòbul occipital, on segurament s’hi estableixen circuits compensatoris o bé s’utilitzen com a estratègies alternatives de sobreesforç cognitiu també per compensar la pèrdua de les altres regions.

L’any 2001, es va identificar el gen mutat causant del desordre, el FOXP2. Aquest gen codifica per un tipus de proteïna que s’anomena factor de transcripció. Pel que no n’hagi sentit a parlar mai, els factors de transcripció són proteïnes que es poden unir directament a ADN i regulen positivament o negativa l’expressió de determinats gens. De moment no es coneixen els mecanismes concrets d’ectuació de FOXP2 en el cervell, però es pensa que treballa associant-se a altres factors cosins germans que són el FOXP1 i 4.

L’evolució de FOXP2

El gen FOXP2 es troba molt conservat evolutivament, la qual cosa sempre resalta la importància funcional que pugui tenir. Produir sons per imitació i modificar els sons innats per crear-ne de nous, l’aprenentage vocal, és rar en el regne animal però no és exclusiu dels humans, alguns ocells per exemple també ho fan. Últimament s’han vist estornells cantant alegrament la melodia de Nokia. Els ocells i els humans tenen un avantpassat comú de fa uns 300 milions d’anys, però la seqüència d’aminoàcids del FOXP2 només ha variat en 5 aminoàcids, i es manté amb una similitud del 98%. Els ocells cantadors tenen en el cervell una àrea específica del cant anomenada àrea X on s’ha vist una augment d’expressió de FOXP2 justament a l’edat crítica quan l’ocell comença a imitar els sons. FOXP1, amb qui FOXP2 se suposa que actua, s’expressa a l’àrea X de manera sexualment dimòrfica, en els mascles cantadors i no en les famelles no cantadores. Aquesta magnífica troballa fan pensar que FOXP1 i FOXP2, els dos, són necessaris per la parla humana i també pel cant dels ocells. Els ocells cantaires són per ara el millor model per estudiar els efectes d’aquests gens sobre l’aprenentatge vocal. Però una altra font de resultats que promet es basa en el descobriment del 2005 de la capacitat dels ratolins de comunicar-se amb ultrasons quan es queden aïllats de les mares o dels companys de gàbia, amb freqüències de 40 a 100KHz. S'ha produit un model de ratolí que expressa FOXP2 amb la mateixa mutació que la família KE. Els dos estudis publicats fins ara amb aquest model mostren resultats diferents pel què fa als ultrasons, en un treball observen disminució de la producció de sons de crida mentre que en l'altre no troben variació. Els dos estudis coincideixen en observar un notable hipodesenvolupament del cerebel, així com dificultats motores. Un altre model amb ratolins és el Knock-out de FOXP2, on si observen una devallada en el nombre d'ultrasons de crida. Com a curiositat us comento també que un grup ha buscat l'homòleg de FOXP2 en les abelles per veure si s'expressava de forma diferencial en les classes que perpetren les dances de comunicació (les farratgeres) respecte les seves companyes del rusc. El resultat és que han trobat l'homòleg de FOXP2 en les abelles, però s'expressa de forma constitutiva i similar en totes les abelles incluint la reina. Oh. Però coi, la idea era bona!

Per acabar anem a posar el gen en el context de l’evolució humana, un gen tant important com aquest ens ha de donar peces del puzzle valuoses. Els estudis relatius a l’evolució de FOXP2 l’han situat dins del grup del 5% de proteïnes més ben conservades entre els mamífers. Entre els humans modern les variacions de seqüència d’aquest gen són zero. Entre els ratolins i els humans s’han donat només 3 canvis d’aminoàcids, d’aquests dos són exclusius dels humans i no compartits per ximpanzès, goril·les i orangutans. Aquest canvis es van fixar en el genoma humà fa màxim 4-6 milions d’anys i han d’haver tingut un gran aventatge adaptatiu facilitant la capacitat del llenguatge. Es busca com aquests canvis afecten la funció de la proteïna i com aquesta funció “canviada” es relaciona amb el llenguatge. L’any passat un grup de recerca entre els quals es troba el Dr. Lalueza van seqüenciar el gen de FOXP2 en restes de ADN antic de neandertals. Les mateixes dues substitucions que ara són exclusives de sapiens hi són presents. Aquesta és una dada més a favor de suposar una capacitat desenvolupada de llenguatge a l’home de neandertal que es suma als estudis recents sobre l’hioides i els ossets de la oïda també en aquesta línia on es mostra que els neandertals com a mínim presentaven els pre-requisits per la parla i el llenguatge.


Dodger

Referències

- Vargha-Khadem F, Gadian DG, Copp A, Mishkin M. FOXP2 and the neuroanatomy of speech and language. Nat Rev Neurosci. 2005 Feb;6(2):131-8. Review.

- White SA, Fisher SE, Geschwind DH, Scharff C, Holy TE. Singing mice, songbirds, and more: models for FOXP2 function and dysfunction in human speech and language.
J Neurosci. 2006 Oct 11;26(41):10376-9. Review

- Fujita E, Tanabe Y, Shiota A, Ueda M, Suwa K, Momoi MY, Momoi T. Ultrasonic vocalization impairment of Foxp2 (R552H) knockin mice related to speech-language disorder and abnormality of Purkinje cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Feb 26;105(8):3117-22. Epub 2008 Feb 19.

- Kiya T, Itoh Y, Kubo T. Expression analysis of the FoxP homologue in the brain of the honeybee, Apis mellifera. Insect Mol Biol. 2008 Feb;17(1):53-60.

- Krause J, Lalueza-Fox C, Orlando L, Enard W, Green RE, Burbano HA, Hublin JJ, Hänni C, Fortea J, de la Rasilla M, Bertranpetit J, Rosas A, Pääbo S.The derived FOXP2 variant of modern humans was shared with Neandertals. Curr Biol. 2007 Nov 6;17(21):1908-12. Epub 2007 Oct 18.

4 comentaris:

Fritz ha dit...

Molt bé nano! Això ja arrenca! Bon resum!!

Anònim ha dit...

trobo a faltar més explicació sobre el que és el llenguatge i com funciona, com s'explica. vull dir que dieu que FOXP2 és un dels "gens del llenguatge". s'explica el llenguatge només a través de gens, o d'altres maneres també? una vegada vaig sentir una pregunta que potser estaria bé plantejar aquí, tot i que surti una mica de tema (però crec que el blog és ideal per a plantejar aquest tipus de pregunta) i que és: quan a una persona li diuen dos números de telefon iguals, i un acaba en 0 i l'altre en 1, aquesta distinció es fa a nivell químic-biològic-molecular? és a dir, hi ha una explicació biològica per a aquesta distinció? no sé què n'opinarareu, però jo vaig trobar la pregunta curiosa.

Dodger ha dit...

Com totes les funcions complexes del cervell, el llenguatge no es pot explicar només a partir dels gens. Més aviat a partir de circuits de connexions neuronals. Alguns gens són especialment importants, com el FOXP2, precisament pq estan involucrats entre altres coses en el neurodesenvolupament. Com saps, en l'entremat de connexions sinàptiques la neurona és una part molt petita del tot.
M'informaré bé i un dia penjaré un post sobre un model proposat de com s'estableix un bucle de retroalimentació positiu a favor del llenguatge i el seu "acomodament neuronal" en el cervell.
Pel que fa a la pregunta que em fas, que tothom digui la seva però personalment diria que la distinció per força és química (pq inclou sinapsis), biològica (pq obviament utilitzes el cervell) i molecular (pq inclou activitat cel·lular). Penso que es deuen usar zones del cervell relacionades amb la memòria de treball com l'hipocamp (per mantenir els dos números a la memòria per comparar-los) i altres relacionades amb el raonament abstracte? No ho sé. Què en penses tu?

Dodger ha dit...

Correcció: en el comentari anterior he posat memòria de treball (hipocamp)i hauria d'haver posat escorça pre-frontal. Ups.