Nova descoberta em imagens cerebrais revela pistas sobre o Parkinson
Pesquisadores da Johns Hopkins Medicine relatam que conseguiram usar um método de “zap-e-congelar” para capturar a comunicação rápida entre células do cérebro em tecido vivo de camundongos e humanos. Essa abordagem permitiu observar interações que normalmente ocorrem muito rapidamente para serem rastreadas.
Segundo a equipe, os resultados, publicados em 24 de novembro na Neuron e apoiados 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 Fundação Parkinson. Esses casos envolvem interrupções na sinapse, o pequeno local onde um neurônio passa um sinal para outro. Como essa junção é tão pequena e sua atividade se desenrola rapidamente, tem sido desafiador estudá-la em detalhes, diz Shigeki Watanabe, Ph.D., professor associado de biologia celular da Johns Hopkins Medicine e autor sênior do estudo.
“Esperamos que essa nova técnica de visualizar a dinâmica da membrana sináptica em amostras de tecido cerebral vivo possa nos ajudar a entender semelhanças e diferenças nas 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 Movem Mensagens
Em um cérebro saudável, vesículas sinápticas atuam como pequenas embalagens que transportam mensagens químicas de um neurônio para o outro. Essa troca é essencial para o aprendizado, a formação de memórias e o processamento de informações. Compreender como as vesículas se comportam em condições normais é fundamental para identificar onde a comunicação começa a falhar em doenças neurológicas, diz Watanabe.
Watanabe ajudou anteriormente a desenvolver a abordagem zap-e-congelar 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 por um congelamento rápido. Isso preserva as posições exatas das estruturas celulares para visualização posterior com microscopia eletrônica.
Em trabalhos anteriores publicados na Nature Neuroscience este ano, Watanabe aplicou o método em camundongos geneticamente modificados para investigar o papel de uma proteína chamada intersectin. O estudo demonstrou como a intersectin ajuda a manter as vesículas sinápticas em um local específico até que estejam prontas para serem liberadas e ativar um neurônio vizinho.
Testando a Técnica em Tecidos Cerebrais Humanos
No estudo mais recente, a equipe examinou amostras de camundongos normais e comparou-as com tecido cerebral cortical vivo obtido, com permissão, de seis pessoas que estavam se submetendo a cirurgia de epilepsia no Hospital Johns Hopkins. Essas cirurgias eram necessárias para remover lesões hippocampais.
Colaborando com Jens Eilers e Kristina Lippmann da Universidade de Leipzig, na Alemanha, os pesquisadores inicialmente confirmaram que o zap-e-congelar funcionou de forma confiável em tecido de camundongos ao observar o sinal de cálcio, que é o gatilho que faz os neurônios liberarem neurotransmissores.
Em seguida, usaram a técnica para estimular neurônios de camundongos e capturaram o momento em que as vesículas sinápticas se fundiram com a membrana celular e liberaram seus mensageiros químicos. 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-congelar às amostras de tecido humano, descobriram que os mesmos passos de reciclagem de vesículas ocorriam em neurônios humanos.
Proteína Chave Encontrada em Cérrebro de Camundongos e Humanos
Em ambas as espécies, os pesquisadores identificaram a presença da Dynamin1xA, uma proteína necessária para a reciclagem ultrarrápida da membrana sináptica, nos locais onde acredita-se que a endocitose ocorra. Essa semelhança sugere que os mecanismos observados em camundongos refletem com precisão aqueles em humanos.
“Nossos resultados indicam que o mecanismo molecular da endocitose ultrarrápida é conservado entre os tecidos cerebrais de camundongos e 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 zap-e-congelar em tecido cerebral coletado, com permissão, de indivíduos com doença de Parkinson que estão passando por 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 Vallee Foundation.
Os colaboradores da pesquisa incluíram Chelsy Eddings, Minghua Fan, Yuuta Imoto, Kie Itoh, Xiomara McDonald, William Anderson, Paul Worley e David Nauen da Johns Hopkins, juntamente com Jens Eilers e Kristina Lippmann da Universidade de Leipzig.
