A configuração da memória de longo prazo requer uma equipe de entrega confiável

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O cérebro está preparado para aprender. A cada experiência, nossos neurônios se ramificam para fazer novas conexões, estabelecendo o circuito de nossas memórias de longo prazo. Os cientistas chamam esse traço de plasticidade, referindo-se à capacidade de se adaptar e mudar com a experiência.

Para que a plasticidade aconteça, as sinapses dos nossos neurônios, ou pontos de conexão, também devem se remodelar e se adaptar constantemente. A mecânica subjacente à plasticidade sináptica dos neurônios tornou-se mais clara, graças a novas pesquisas do laboratório da neurocientista Sathya Puthanveettil, Ph.D. da Scripps Research.

Os cientistas aprenderam que a plasticidade sináptica requer uma complexa retransmissão do corpo celular do neurônio para seus braços dendríticos e suas junções sinápticas. Como uma rede de portas e rodovias 24 horas, um sistema de transporte interno de estradas de microtúbulos e mensageiros semelhantes a robôs transportam a carga vital da célula para seus limites mais distantes. A carga transportada permite que organelas de ribossomo se montem, leiam várias instruções de RNA e construam novas proteínas conforme necessário nos dendritos.

Em um estudo publicado em 13 de julho em Cell Reports, A equipe de Puthanveettil relata que entre as moléculas de correio da rede de transporte estão dois membros da família Kinesin, KIF5C e KIF3A. Se o KIF5C for nocauteado, a equipe descobriu, a capacidade dos neurônios de ramificar dendritos e formar espinhas receptoras de entrada é prejudicada. Um ganho de função para Kif5C melhora essas características.

O primeiro autor do estudo, Supriya Swarnkar, Ph.D., pesquisador associado do laboratório Puthanveettil, diz que discernir os detalhes desses processos aponta para possíveis causas de distúrbios neurológicos e oferece novas direções para o tratamento. Kifs desempenham um papel importante, diz ela.

“A capacidade de formar memórias depende do funcionamento adequado do sistema de transporte de longa distância do neurônio do corpo celular para a sinapse”, diz Swarnkar. “E muitos estudos relataram ligações entre mutações em Kifs e distúrbios neurológicos, incluindo deficiência intelectual, autismo e ALS.”

Estruturalmente, muitas das proteínas da família Kinesin lembram um robô ambulante, algo da ficção científica. Eles têm uma plataforma para transportar carga e dois apêndices semelhantes a pernas que se movem para frente e para trás, em um movimento de caminhada para a frente, ao longo dos microtúbulos. Na verdade, eles são chamados de máquinas moleculares. Esses notáveis ​​robôs ambulantes se movem com sua carga nas costas, até chegarem ao destino da sinapse e depositar seus pacotes.

Existem 46 tipos diferentes dessas máquinas moleculares, especializadas para transportar diferentes tipos de carga, diz Puthanveettil. Os cientistas estão começando a aprender quais Kifs carregam qual carga.

A equipe de Puthanveettil antecipou que a carga do KIF5C pode incluir vários RNAs. Primos do DNA, que codificam genes e residem no núcleo, os RNAs são transcritos do DNA, levam suas instruções genéticas para o citoplasma da célula, constroem proteínas codificadas pelos genes e ajudam a regular as atividades celulares. Cada RNA diferente tem uma função diferente.

Isolando complexos de KIF5C e sua carga e, em seguida, sequenciando o RNA, eles documentaram cerca de 650 RNAs diferentes que dependem do mensageiro KIF5C.

Significativamente, isso incluiu um RNA que fornece o código para iniciar a construção da proteína, chamado EIF3G. Se não aparecer quando e onde for necessário, os compostos necessários para a plasticidade das sinapses não são feitos. A capacidade de remodelar a sinapse com a experiência e de aprender é prejudicada, diz Puthanveettil.

Para entender melhor o papel dos Kifs no armazenamento e na recuperação da memória de longo prazo, a equipe realizou estudos de perda e ganho de função em células e camundongos, com foco nos neurônios CA1 do hipocampo dorsal que estão envolvidos em múltiplos formas de aprendizagem.

Os estudos com ratos mostraram que a perda de KIF5C diminui a memória espacial e associada ao medo. Se o KIF5C é reforçado no hipocampo dorsal, por outro lado, a memória é aprimorada e amplificada. As células mostraram aumento da transmissão sináptica, arborização de braços dendríticos, extensões semelhantes a braços dos neurônios e erupção de espinhos de cogumelos receptores de sinais. A densidade da espinha do cogumelo está correlacionada com a memória e a plasticidade sináptica.

Em conjunto, a pesquisa oferece novas ideias para abordar uma ampla variedade de transtornos neuropsiquiátricos. Deficiência intelectual, depressão, epilepsia, doença de Alzheimer - qualquer coisa que pudesse se beneficiar de maior ou menor expressão de proteínas-chave nos dendritos dos neurônios pode responder a um aumento ou diminuição desses mensageiros moleculares, diz Puthanveettil.