Nova descoberta em imagens cerebrais revela pistas sobre Parkinson

De acordo com a equipe, as descobertas, publicadas em 24 de novembro em Neurônio e apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde, pode 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 minúsculo local onde um neurônio passa um sinal para outro. Como esta junção é tão pequena e a sua atividade se desenvolve rapidamente, há muito que é um desafio estudá-la em detalhe, diz Shigeki Watanabe, Ph.D., professor associado de biologia celular na Johns Hopkins Medicine e autor sénior do estudo.

“Esperamos que esta nova técnica de visualização da dinâmica da membrana sináptica em amostras de tecido cerebral vivo possa nos ajudar a compreender as semelhanças e diferenças nas formas não hereditárias e hereditárias da doença”, diz Watanabe. Ele acrescenta que a técnica poderá eventualmente orientar o desenvolvimento de terapias para esta doença neurodegenerativa.

Como as sinapses saudáveis ​​movem as mensagens

Num cérebro saudável, as vesículas sinápticas actuam como pequenos pacotes que transportam mensagens químicas de um neurónio para outro. Essa troca é essencial para o aprendizado, a formação da memória e o processamento de informações. Compreender como as vesículas se comportam em condições normais é fundamental para identificar onde a comunicação começa a falhar nas doenças neurológicas, diz Watanabe.

Watanabe ajudou anteriormente a projetar a abordagem zap-and-freeze para visualizar mudanças rápidas nas membranas sinápticas (esses resultados foram publicados em 2020 em Neurociência da Natureza). O método utiliza um breve estímulo elétrico para ativar o tecido cerebral, seguido imediatamente por um congelamento rápido. Isto preserva as posições exatas das estruturas celulares para posterior visualização com microscopia eletrônica.

Em trabalho anterior publicado em Neurociência da Natureza este ano, Watanabe aplicou o método a 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 um local específico até que estejam prontas para serem liberadas e ativarem um neurônio vizinho.

Testando a técnica em tecido cerebral humano

Para o último estudo, a equipe examinou amostras de ratos normais e as comparou com tecido cerebral cortical vivo obtido, com permissão, de seis pessoas submetidas a cirurgia de epilepsia no Hospital Johns Hopkins. Essas cirurgias foram necessárias para remover lesões do hipocampo.

Colaborando com Jens Eilers e Kristina Lippmann da Universidade de Leipzig, na Alemanha, os investigadores confirmaram pela primeira vez que o zap-and-freeze funcionou de forma fiável no tecido do rato, observando a sinalização do cálcio, que é o gatilho que estimula os neurónios a libertarem neurotransmissores.

Eles então usaram a técnica para estimular neurônios de camundongos e capturaram o momento em que as vesículas sinápticas se fundiam com a membrana celular e liberavam 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 zap-and-freeze às amostras de tecido humano, eles encontraram as mesmas etapas de reciclagem de vesículas ocorrendo em neurônios humanos.

Proteína-chave encontrada em cérebros de camundongos e humanos

Em ambas as espécies, os investigadores identificaram a presença de Dynamin1xA, uma proteína necessária para a reciclagem ultrarrápida da membrana sináptica, nos locais onde se acredita que ocorre a endocitose. Esta semelhança sugere que os mecanismos observados em ratos refletem com precisão os dos 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 reforça o valor do uso de modelos de camundongos para estudar a biologia do cérebro humano.

Olhando para o futuro, Watanabe espera aplicar o método zap-and-freeze ao tecido cerebral recolhido, com permissão, de indivíduos com doença de Parkinson que estejam a ser submetidos a procedimentos de estimulação cerebral profunda. O objetivo é observar como a dinâmica das vesículas pode diferir nos 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 Libanese Syria 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.