Por Cláudia Lopez Lloreda | Nature
21.Novembro.2023
Estudos encontram uma rede densamente conectada de neurônios que se comunicam por longas distâncias, em vez de através de sinapses.
O verme Caenorhabditis elegans tem 302 neurônios (verdes) que os pesquisadores podem estudar usando ferramentas como marcadores fluorescentes.Crédito: Heiti Paves/Science Photo Library
A ideia de que o sistema nervoso transmite mensagens de uma célula nervosa para outra apenas através de sinapses – os pontos onde as células se ligam de ponta a ponta – está mudando. Dois estudos mostram como as mensagens podem passar entre células a distâncias maiores, através de uma rede nervosa “sem fios” no verme Caenorhabditis elegans.
Os investigadores não tinham apreciado a extensão desta comunicação sem fios, que acontece quando uma molécula chamada neuropéptido é liberada por um neurônio e interceptada por outro a alguma distância. Os novos estudos, publicados na Nature[1 ]e na Neuron[2], mapeiam pela primeira vez toda a rede de comunicação neuropeptídica num organismo modelo.
“Sabíamos que estas ligações químicas existiam, mas este é provavelmente o estudo mais abrangente num sistema nervoso completo”, diz Gáspár Jékely, neurocientista da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, que não esteve envolvido no trabalho. E o que a investigação mostra, acrescenta, é que “nem tudo se resume às sinapses”.
▪️ Criadores de mapas
Os investigadores já tinham elaborado mapas de ligações anatómicas – conectomas – mostrando como todos os neurónios da mosca da fruta (Drosophila melanogaster) e do C elegans estão ligados pelas suas sinapses.
No entanto, William Schafer, neurocientista do Laboratório de Biologia Molecular MRC em Cambridge, Reino Unido, questionou-se sobre o papel dos neuropeptídeos, que eram considerados apenas auxiliares nas mensagens do sistema nervoso.
“Quando comecei a falar sobre isso”, diz ele, “algumas pessoas se perguntaram: ‘será tudo apenas uma espécie de sopa‘”, onde os neuropeptídeos flutuam aleatoriamente de um neurônio para o outro, “ou você pode realmente pensar nisso como uma rede?”
Ele e seus colegas analisaram quais neurônios do sistema nervoso C elegans expressavam genes para certos neuropeptídeos e quais expressavam genes para os receptores desses neuropeptídeos. Usando esses dados, a equipe previu quais pares de células nervosas poderiam estar se comunicando sem fio. Com base nesses resultados, os pesquisadores geraram um mapa potencial de conexões sem fio no verme, encontrando uma conectividade densa que parece muito diferente do diagrama de fiação anatômico do C elegans.
Eles publicaram suas descobertas na Neuron[2] na semana passada.
De forma independente, uma equipe liderada por Andrew Leifer, neurocientista da Universidade de Princeton, em Nova Jersey, estudou como os sinais viajam através do C elegans medindo a atividade neuronal, o que revelou a contribuição desta rede sem fio.
A equipe recorreu à optogenética, uma técnica que usa luz e proteínas sensíveis à luz para acionar as células nervosas para que enviem “mensagens” elétricas. Um por um, os pesquisadores ativaram cada um dos 302 neurônios do C elegans e então visualizaram como os sinais se propagavam de um neurônio para o outro.
Os pesquisadores usaram a optogenética para estimular cada um dos neurônios de C. elegans (mostrados aqui na mira) e depois observaram como o sinal elétrico se propaga para outras células nervosas (cintilação vermelha). Crédito: Francesco Randi, Universidade de Princeton
O mapa de atividade que criaram não seguiu o que teriam previsto para C elegans com base apenas no seu conectoma padrão – e eles suspeitaram que a comunicação neuropeptídica era a peça que faltava. Então eles produziram um verme geneticamente modificado que carecia de uma proteína crucial para esse tipo de sinalização, e viram que quando tentaram ativar as células do verme com optogenética, muitos deles permaneceram em silêncio.
Isto sugere que a comunicação sem fio no verme ativa diretamente os neurônios.
Quando os pesquisadores desenvolveram um modelo para descrever a atividade neuronal em C elegans, eles descobriram que aquele que incorporava conexões sinápticas com fio e sinalização sem fio previa melhor como os sinais viajavam no verme do que apenas as conexões sinápticas.
A equipe publicou seus resultados na revista Nature[1] no início deste mês e os apresentou na reunião da Sociedade de Neurociências em Washington DC, em 14 de novembro.
▪️ Uma visão totalmente nova
“Foi surpreendente ver o quanto a comunicação [dos neuropeptídeos] pode realmente levar à ativação direta dos neurônios”, diz Francesco Randi, primeiro autor do artigo da Nature, que realizou o trabalho enquanto estava em Princeton.
“A rede neuropeptídica foi considerada um auxiliar da sinalização sináptica”, diz Isabel Beets, neurocientista da Universidade Católica de Leuven, na Bélgica, e autora do estudo da Neuron.
“Mas a extensa escala deste mapa de sinalização mostra realmente que é igualmente importante, complexo e talvez ainda mais diversificado do que a rede de sinalização sináptica.”
Drogas como o popular tratamento para perda de peso semaglutida (Wegovy) podem ativar receptores de neuropeptídeos no corpo, portanto, compreender essa rede sem fio é importante, diz Schafer.
Os próximos passos para Schafer e os seus colegas serão realizar estudos semelhantes noutros organismos – com o objetivo de compreender como a rede neuropeptídica, em combinação com a rede sináptica “ligada”, contribui para o comportamento de um organismo.
Uma técnica publicada na Science[3] na semana passada que permite aos investigadores visualizar onde os neuropeptídeos se ligam aos seus receptores pode ajudar nesta busca.
Como os neuropeptídeos são conservados entre as espécies, alguns investigadores suspeitam que esta rede possa ser semelhante à de outros organismos, incluindo os humanos.
“Os dois artigos são belos exemplos de como aproveitar as vantagens de um organismo simples e bem estudado, com muitas ferramentas moleculares e genéticas, para começar a aprender lições que tenho 100% de certeza de que serão aplicadas a todos os animais”, diz Stephen Smith, neurocientista do Allen Institute em Seattle, Washington.
Os pesquisadores esperam que as descobertas estimulem outros a pensar de forma diferente sobre como surge a dinâmica neural.
“Acho que temos que nos afastar da visão do sistema nervoso apenas por sinapses”, diz Jékely. “Isso simplesmente não vai funcionar.”
[Ênfase adicionada]
Referências
[1] Randi, F., Sharma, A. K., Dvali, S. & Leifer, A. M. Nature 623, 406–414 (2023).
[2] Ripoll-Sánchez, L. et al. Neuron 111, 3570–3589 (2023).
[3] Wang, H. et al. Science 382, eabq8173 (2023).
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