Pesquisadores da Johns Hopkins Medicine relatam que conseguiram utilizar um método denominado “zapar-e-congelar” para capturar a comunicação rápida entre células cerebrais em tecidos vivos de camundongos e humanos. Esta abordagem permitiu que observassem interações que normalmente acontecem muito rapidamente para serem acompanhadas.
Segundo a equipe, os resultados, publicados em 24 de novembro na revista Neuron e financiados pelos Institutos Nacionais de Saúde, podem ajudar a desvendar as causas biológicas subjacentes das formas não hereditárias da doença de Parkinson.
Caso esporádico de Parkinson representa a maior parte dos diagnósticos, de acordo com a Parkinson’s Foundation. Esses casos envolvem interrupções na sinapse, o pequeno local onde um neurônio transmite um sinal para outro. Devido ao tamanho diminuto dessa junção e à rapidez da sua atividade, há muito tempo é desafiador estudá-la em detalhe, afirma 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 das membranas sinápticas 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 orientar o desenvolvimento de terapias para esse transtorno neurodegenerativo.
Como Sinapses Saudáveis Transmitem Mensagens
Em um cérebro saudável, vesículas sinápticas atuam como pequenos pacotes que transportam mensagens químicas de um neurônio para outro. Essa troca é essencial para o aprendizado, formação de memória e 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, afirma Watanabe.
Watanabe foi responsável por ajudar a desenvolver a abordagem zap-and-freeze para visualizar mudanças rápidas nas membranas sinápticas (esses resultados foram publicados em 2020 na Nature Neuroscience). O método usa um estímulo elétrico breve 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 a 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.
Avaliação da Técnica em Tecido Cerebral Humano
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 submetidas a cirurgia para epilepsia no The Johns Hopkins Hospital. Essas cirurgias eram necessárias para remover lesões hipocampais.
Colaborando com Jens Eilers e Kristina Lippmann da Universidade de Leipzig, na Alemanha, os pesquisadores primeiro confirmaram que o zap-and-freeze funcionava de forma confiável em tecido de camundongo ao observar a sinalização de cálcio, que é o gatilho que leva os neurônios a liberarem neurotransmissores.
Em seguida, utilizaram 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 após isso, um processo conhecido como endocitose.
Quando a equipe aplicou o zap-and-freeze às amostras de tecido humano, encontrou os mesmos passos de reciclagem de vesículas ocorrendo em neurônios humanos.
Proteína Chave Encontrada em Cérebros de Camundongos e Humanos
Em ambas as espécies, os pesquisadores identificaram a presença da Dynamin1xA, uma proteína necessária para a reciclagem ultrarrápida das membranas sinápticas, nos locais onde se acredita que a endocitose ocorra. Essa semelhança sugere que os mecanismos observados em camundongos refletem com precisão os de humanos.
“Nossos achados indicam que o mecanismo molecular da endocitose ultrarrápida é conservado entre os tecidos cerebrais de camundongos e humanos”, afirma 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-and-freeze a tecidos cerebrais coletados, 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 a 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.
