Pesquisadores da Johns Hopkins Medicine relatam que conseguiram usar um método de “zapeamento e congelamento” para capturar a comunicação rápida entre células cerebrais em tecido vivo de camundongos e humanos. A abordagem permitiu observar interações que normalmente ocorrem muito rapidamente para serem acompanhadas.
De acordo com a equipe, as descobertas, publicadas em 24 de novembro na Neuron e apoiadas pelos Institutos Nacionais de Saúde, podem ajudar a descobrir as causas biológicas subjacentes das formas não hereditárias da doença de Parkinson.
Os casos esporádicos de Parkinson representam a maioria dos diagnósticos, observa a Parkinson’s Foundation. Esses casos envolvem interrupções na sinapse, o pequeno local onde um neurônio transmite um sinal para outro. Como essa junção é tão pequena e sua atividade se desenrola rapidamente, tem sido um desafio estudá-la em detalhes, diz Shigeki Watanabe, Ph.D., professor associado de biologia celular na Johns Hopkins Medicine e autor sênior do estudo.
“Esperamos que essa nova técnica de visualização da dinâmica da membrana sináptica em amostras de tecido cerebral vivo possa nos ajudar a entender as semelhanças e diferenças entre as formas não hereditárias e hereditárias da condição,” diz Watanabe. Ele acrescenta que a técnica pode eventualmente guiar o desenvolvimento de terapias para esse distúrbio neurodegenerativo.
Como Sinapses Saudáveis Movimentam Mensagens
Em um cérebro saudável, as vesículas sinápticas atuam como pacotes que transportam mensagens químicas de um neurônio para outro. Essa troca é essencial para o aprendizado, formação de memória e processamento de informações. Entender como as vesículas se comportam em condições normais é essencial para identificar onde a comunicação começa a falhar em doenças neurológicas, afirma Watanabe.
Watanabe ajudou anteriormente a projetar a abordagem de zap-e-congela para visualizar mudanças rápidas nas membranas sinápticas (esses resultados foram publicados em 2020 na Nature Neuroscience). O método utiliza um breve estímulo elétrico para ativar o tecido cerebral, seguido imediatamente pelo congelamento rápido. Isso preserva as posições exatas das estruturas celulares para posterior visualização com microscopia eletrônica.
No trabalho anterior publicado na Nature Neuroscience este ano, Watanabe aplicou o método em camundongos geneticamente modificados para investigar o papel de uma proteína chamada intersectina. O estudo demonstrou como a intersectina ajuda a manter as vesículas sinápticas em uma localização específica até que estejam prontas para serem liberadas e ativar um neurônio vizinho.
Testando a Técnica em Tecido Cerebral Humano
Para o último estudo, a equipe examinou amostras de camundongos normais e comparou-as com tecido cerebral cortical vivo obtido, com permissão, de seis pessoas submetidas a cirurgia de epilepsia no The Johns Hopkins Hospital. Essas cirurgias eram necessárias para a remoção de lesões hippocampais.
Colaborando com Jens Eilers e Kristina Lippmann da Universidade de Leipzig, na Alemanha, os pesquisadores primeiro confirmaram que o zap-e-congela funcionava de maneira confiável em tecido de camundongos, observando a sinalização de cálcio, que é o gatilho que leva os neurônios a liberarem neurotransmissores.
Em seguida, utilizaram a técnica para estimular os neurônios de camundongos e capturaram o momento em que as vesículas sinápticas se fundiram com a membrana celular e liberaram suas mensagens químicas. Os pesquisadores também documentaram como as células recuperaram e reciclaram as vesículas posteriormente, um processo conhecido como endocitose.
Quando a equipe aplicou o zap-e-congela nas amostras de tecido humano, descobriram que os mesmos passos de reciclagem das vesículas ocorriam em neurônios humanos.
Proteína Chave Encontrada em Cérebro de Camundongo e Humano
Em ambas as espécies, os pesquisadores identificaram a presença da Dynamin1xA, uma proteína necessária para a reciclagem ultrarrápida da membrana sináptica, nos locais onde a endocitose se acredita que ocorra. Essa semelhança sugere que os mecanismos observados em camundongos refletem com precisão aqueles em humanos.
“Nossas descobertas indicam que o mecanismo molecular da endocitose ultrarrápida é conservado entre camundongos e tecidos cerebrais humanos,” diz Watanabe. Ele observa que isso fortalece o valor do uso de modelos de camundongos para estudar a biologia cerebral humana.
Olhando para o futuro, Watanabe espera aplicar o método de zap-e-congela em tecido cerebral coletado, com permissão, de indivíduos com doença de Parkinson que estão submetidos a procedimentos de estimulação cerebral profunda. O objetivo é observar como a dinâmica das vesículas pode diferir em neurônios afetados.
O financiamento para o estudo foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde (U19 AG072643, 1DP2 NS111133-01, 1R01 NS105810-01A1, R35 NS132153, S10RR026445), Howard Hughes Medical Institute, Kazato Foundation, American Lebanese Syrian Associated Charities, Marine Biological Laboratory, Universidade de Leipzig, Roland Ernst Stiftung, Johns Hopkins Medicine, Chan Zuckerberg Initiative, Brain Research Foundation, Helis Foundation, Robert J Kleberg Jr e Helen C Kleberg Foundation, McKnight Foundation, Esther A. & Joseph Klingenstein Fund e a Vallee Foundation.
Contribuíram para a pesquisa Chelsy Eddings, Minghua Fan, Yuuta Imoto, Kie Itoh, Xiomara McDonald, William Anderson, Paul Worley e David Nauen da Johns Hopkins, junto com Jens Eilers e Kristina Lippmann da Universidade de Leipzig.
