Bonsai biomolecular: controle da poda e fortalecimento dos ramos dos neurônios

Bonsai biomolecular: controle da poda e fortalecimento dos ramos dos neurônios

Neste exato momento, os bilhões de neurônios em seu cérebro estão usando seus trilhões de conexões para permitir que você leia e compreenda esta frase.

Agora, ao estudar os neurônios envolvidos no sentido do olfato, pesquisadores da Faculdade de Ciências Médicas da Universidade de Kyushu relatam um novo mecanismo por trás do bonsai biomolecular que fortalece seletivamente essas conexões.

Como os circuitos neuronais se remodelam ao longo do tempo, especialmente durante o desenvolvimento inicial, é uma questão em aberto na neurobiologia. No início do desenvolvimento neuronal, os neurônios formam quantidades excessivas de conexões que são gradualmente eliminadas à medida que outras são fortalecidas.

Estudando um tipo de neurônio olfatório conhecido como célula mitral em camundongos, a equipe de pesquisadores descobriu que a proteína BMPR-2 é um dos principais reguladores da estabilização seletiva da ramificação neuronal e que o fortalecimento só acontece quando o ramo recebe sinais de outros neurônios .

“A principal razão pela qual usamos neurônios olfatórios é porque eles são fáceis de acessar e estudar, e as células mitrais desenvolvem apenas um único ramo”, explica Shuhei Aihara, primeiro autor do estudo publicado em Cell Reports.

“Quando um neurônio olfatório detecta uma molécula específica que cheiramos, ele envia o sinal para uma 'estação intermediária' específica no bulbo olfatório do cérebro chamada glomérulo. Esse sinal é então retransmitido para o cérebro por meio das células mitrais. Uma célula mitral recebe sinais para um cheiro específico. ”

Em um estágio muito inicial de desenvolvimento, essas células mitrais enviam ramos para muitos glomérulos. Conforme o tempo passa, esses ramos - conhecidos como dendritos - são podados para deixar apenas uma única e forte conexão. A equipe de pesquisa começou a descobrir que tipo de pistas moleculares faziam com que um ramo fosse favorecido em relação a outros.

Bonsai biomolecular: controle da poda e fortalecimento dos ramos dos neurônios

Depois de analisar os fatores candidatos conhecidos por controlar o crescimento dendrítico e a remodelação de sinais extrínsecos, a equipe se concentrou na proteína BMPR-2.

“Quando interrompemos o BMPR-2, as células mitrais falham na estabilização seletiva e formam várias conexões com vários glomérulos”, explica Aihara. “Em nossa próxima etapa, descobrimos que o BMPR-2 está ligado a uma proteína chamada LIMK e somente quando o BMPR-2 é ativado pela proteína de sinalização celular chamada BMP ele libera LIMK na célula.”

LIMK é conhecido por ativar o processo de montagem da actina, o 'esqueleto' da célula. Uma vez ativada, a actina começa a formar fibras longas que estabilizam os dendritos.

No entanto, isso ainda não explica como esse mecanismo fortalece dendritos específicos. O próximo passo da equipe foi encontrar os elementos que ativam o LIMK. A investigação os levou a identificar um neurotransmissor bem conhecido, o ácido glutâmico, como um dos fatores que desencadeiam o processo.

“O ácido glutâmico é necessário para que os sinais sejam transmitidos entre os neurônios. Em conjunto, isso significa que tanto o BMP quanto os sinais neurais são necessários para formar a actina, induzindo a construção de um dendrito estável ”, afirma Aihara.

“É como o freio e o acelerador do carro. Você precisa liberar o freio, neste caso o BMPR-2 liberando LIMK e, em seguida, pressionar o acelerador - o sinal do neurotransmissor - para que sua máquina avance. A necessidade de controle simultâneo, ou entradas, é a base da estabilização seletiva do ramo. ”

Takeshi Imai, que liderou a equipe, conclui: “Esperançosamente, esses novos insights sobre o desenvolvimento neural podem levar a uma maior compreensão dos mecanismos fundamentais por trás das funções cerebrais críticas e possíveis tratamentos em patologias sublinhadas pela disfunção sináptica.”

“Nosso próximo passo é encontrar os fatores que promovem a poda de dendritos e também queremos ver se esse mecanismo no bulbo olfatório é fundamental em todo o neocórtex.”

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