Investigadores de la Universidad de Pittsburgh y KU Leuven, en Pensilvania, EEUU, han descubierto un conjunto de genes que influyen en la forma de la cabeza en los humanos. Estos hallazgos, publicados en ´Nature Communications´, ayudan a explicar la diversidad de formas de la cabeza humana y también pueden ofrecer pistas importantes sobre la base genética de enfermedades que afectan al cráneo, como la craneosinostosis.

Al analizar las mediciones de la bóveda craneal (la parte del cráneo que forma la parte superior redondeada de la cabeza y protege el cerebro), el equipo identificó 30 regiones del genoma asociadas con diferentes aspectos de la forma de la cabeza, 29 de las cuales no habían sido reportadas previamente.

"Los antropólogos han especulado y debatido sobre la genética de la forma de la bóveda craneal desde principios del siglo XX", afirma el coautor principal Seth Weinberg, profesor de ciencias orales y craneofaciales en la Escuela Pitt de Medicina Dental y codirector. del Centro de Genética Craneofacial y Dental.

"Sabíamos, a partir de ciertas raras condiciones humanas y experimentos con animales, que los genes desempeñan un papel importante en el tamaño y la forma de la bóveda, pero se sabía muy poco sobre la base genética de las características típicas que vemos en la población general, como por ejemplo qué hace que la cabeza de una persona sea larga y estrecha versus corto y ancho. Este estudio revela algunos de los genes clave que impulsan la variación en esta parte del cuerpo humano", afirma.

Según los investigadores, una aplicación para comprender mejor los factores que impulsan la variación natural en la forma de la cabeza humana es informar los estudios de paleoantropología, lo que potencialmente arroja luz sobre el desarrollo temprano de los humanos modernos.

Weinberg y sus colegas utilizaron exploraciones por resonancia magnética (MR) de más de 6.000 adolescentes para extraer superficies tridimensionales correspondientes a la bóveda craneal. Después de dividir las superficies de la bóveda 3D en subpartes anatómicas cada vez más pequeñas y cuantificar la forma de estas subpartes, probaron más de 10 millones de variantes genéticas en busca de evidencia de asociación estadística con medidas de la forma de la bóveda.

"Los estudios genéticos anteriores de la bóveda craneal implicaron un pequeño número de medidas relativamente simples", añade Weinberg. Si bien estas medidas suelen ser fáciles de obtener, es posible que no capturen características que sean biológicamente relevantes. "Nuestro análisis utilizó un enfoque innovador capaz de describir la forma de la bóveda 3D de formas mucho más completas y matizadas. Este enfoque aumentó nuestra capacidad para encontrar asociaciones genéticas", añade.

Un descubrimiento importante fue que muchas de las fuertes asociaciones están cerca de genes que desempeñan funciones clave en la formación temprana de la cabeza y la cara y en la regulación del desarrollo óseo. Por ejemplo, las variantes en y cerca del gen RUNX2, un actor importante en la coordinación del desarrollo del cráneo, se asociaron con múltiples aspectos de la forma de la bóveda.

Mientras que algunos genes, incluido RUNX2, tuvieron efectos globales que involucraron a toda la bóveda, otros mostraron efectos más localizados que solo afectaron una porción específica de la bóveda, como la frente central. Cuando los investigadores compararon las 30 regiones genómicas asociadas con la forma de la cabeza entre participantes con ascendencia europea, africana e indígena americana, encontraron que la mayoría de las asociaciones genéticas eran compartidas entre estos diferentes grupos ancestrales.

Aunque el estudio se centró en participantes sanos, los hallazgos pueden revelar pistas importantes sobre las bases biológicas de las enfermedades que afectan a la bóveda craneal, según Weinberg.

Una de estas afecciones es la craneosinostosis, que ocurre cuando los huesos del cráneo se fusionan demasiado pronto mientras el cerebro aún está creciendo rápidamente. Sin neurocirugía, la craneosinostosis puede causar desfiguración permanente, daño cerebral, ceguera e incluso la muerte. El equipo demostró que variantes cercanas a tres genes asociados con la forma de la bóveda, BMP2, BBS9 y ZIC2, también estaban asociadas con la craneosinostosis, lo que sugiere que estos genes podrían desempeñar un papel en el desarrollo de la enfermedad.

"Este tipo de estudio es posible gracias a la disponibilidad de recursos financiados con fondos públicos. El estudio original que generó estas resonancias magnéticas se centra en comprender el desarrollo y el comportamiento del cerebro. Al aprovechar creativamente estos recursos, hemos logrado avanzar en el descubrimiento más allá de ese alcance original", explica Weinberg.

Otros autores del estudio fueron Seppe Goovaerts, Hanne Hoskens, Ph.D., Meng Yuan, Dirk Vandermeulen, Ph.D., todos de KU Leuven; Ryan J. Eller, Ph.D., Noah Herrick, Ph.D. y Susan Walsh, Ph.D., todos de la Universidad de Indiana-Universidad Purdue de Indianápolis; Anthony M. Musolf, Ph.D., y Cristina M. Justice, Ph.D., ambos del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano; Sahin Naqvi, Ph.D. y Joanna Wysocka, Ph.D., ambos de la Universidad de Stanford; Myoung Keun Lee, Heather L. Szabo-Rogers, Ph.D., Mary L. Marazita, Ph.D. y John R. Shaffer, Ph.D., todos de Pitt; Paul A. Romitti, Ph.D., de la Universidad de Iowa; Simeon A. Boyadjiev, MD, de la Universidad de California, Davis; Mark D. Shriver, Ph.D., de la Universidad Penn State; y Peter Claes, Ph.D., de KU Leuven y el Instituto de Investigación Infantil Murdoch.

Esta investigación fue apoyada por el Instituto Nacional de Investigaciones Dentales y Craneofaciales (R01DE027023, R01DE016886, R03DE031061 y X01HL14053) y el Programa de Investigación Intramuros del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, Institutos Nacionales de Salud.