Pesquisadores da Universidade Yeshiva (Nova York,
EUA) realizaram um feito inédito: acompanharam moléculas viajando em tempo real
nos neurônios vivos de ratos para estudar como o cérebro cria
memórias.
O esforço para descobrir como os neurônios criam
memórias há muito tempo enfrenta um grande obstáculo: neurônios são extremamente
sensíveis a qualquer tipo de interrupção. Para analisá-los profundamente sem
prejudicá-los, os pesquisadores “etiquetaram” com fluorescência todas as
moléculas do RNA mensageiro (mRNA) que codificam proteínas beta-actina – uma
proteína estrutural essencial encontrada em grandes quantidades nos neurônios e
considerada chave no processo de memorização.
“É digno de nota que fomos capazes de desenvolver
este rato sem ter que usar um gene artificial ou outras intervenções que
poderiam ter interrompido seus neurônios e questionado nossos resultados”, disse
Robert Singer, autor sênior do estudo e professor e copresidente do departamento
de anatomia e biologia estrutural do Colégio de Medicina Albert Einstein da
Universidade Yeshiva. Os animais permaneceram saudáveis e capazes de se
reproduzir.
Na pesquisa descrita em dois artigos publicados na
revista Science, os pesquisadores estimularam neurônios do hipocampo de ratos,
onde as memórias são feitas e armazenadas, e depois assistiram moléculas
fluorescentes se formarem nos núcleos de neurônios e viajarem dentro dos
dendritos, ramificações dos neurônios.
Eles descobriram que o mRNA em neurônios é
regulado por meio de um processo descrito como “mascaramento” e
“desmascaramento”, que permite que a proteína beta-actina seja sintetizada em
horários, quantidades e locais específicos.
Os neurônios se unem nas sinapses, onde “espinhas
dendríticas” agarraram umas às outras, assim como os dedos de uma mão podem se
entrelaçar com os da outra. Evidências indicam que a estimulação neural repetida
aumenta a resistência dessas ligações sinápticas, alterando a forma destes
“dedos”.
A proteína beta-actina parece fortalecer essas
conexões sinápticas, alterando a forma das espinhas dendríticas. Os cientistas
pensam que as memórias são codificadas quando conexões sinápticas estáveis de
longa duração entre os neurônios entram em contato umas com as
outras.
O estudo
O primeiro artigo descreve o trabalho de Hye Yoon
Park, estudante de pós-doutorado no laboratório do Dr. Singer que passou três
anos desenvolvendo os mRNA fluorescentes.
Ela estimulou neurônios do hipocampo de ratos e
observou moléculas recém-formadas dentro de 10 a 15 minutos, indicando que a
estimulação do nervo tinha causado transcrição rápida do gene da beta-actina.
Outras observações sugeriram que estas moléculas continuamente montavam-se e
desmontavam-se em partículas grandes e pequenas, respectivamente. Estas
partículas de mRNA foram vistas viajando para seus destinos em dendritos onde a
proteína beta-actina seria sintetizada.
No segundo artigo, a estudante do mesmo
laboratório Adina Buxbaum mostrou que os neurônios podem ser únicos na sua
maneira de controlar a síntese da proteína beta-actina. Ela estimulou neurônios
do hipocampo de ratos e observou moléculas recém-formadas dentro de 10 a 15
minutos, indicando que a estimulação do nervo tinha causado transcrição rápida
do gene da beta-actina. Outras observações sugeriram que estas moléculas
continuamente montavam-se e desmontavam-se em partículas grandes e pequenas,
respectivamente. Estas partículas de mRNA foram vistas viajando para seus
destinos em dendritos onde a proteína beta-actina seria
sintetizada.
No segundo artigo, a estudante do mesmo
laboratório Adina Buxbaum mostrou que os neurônios podem ser únicos na sua
maneira de controlar a síntese da proteína beta-actina.
Os neurônios precisam controlar seu mRNA para que
ele crie proteína beta-actina apenas em certas regiões na base das espinhas
dendríticas. A pesquisa de Buxbaum revelou o mecanismo pelo qual os neurônios
lidam com este desafio.
Ela descobriu que, logo que moléculas de mRNA de
beta-actina se formam no núcleo de neurônios do hipocampo e viajam para o
citoplasma, os mRNAs são embalados em grânulos e assim tornam-se inacessíveis
para a produção de proteína. A estudante então percebeu que estimular o neurônio
fez com que esses grânulos desmoronassem, e moléculas de mRNA ficassem
“desmascaradas” e disponíveis para a síntese de proteína
beta-actina.
Mas essa observação levantou uma questão: como é
que os neurônios evitam que mRNAs recém-liberados façam mais proteína
beta-actina do que é desejável?
A disponibilidade de mRNA em neurônios é um
fenômeno transitório. Após as moléculas de mRNA produzirem proteína por alguns
minutos, elas se “reembalam” e voltar a ser “mascaradas”.
Estes resultados sugerem que os neurônios têm
desenvolvido uma estratégia engenhosa para controlar como as proteínas de
memória fazem o seu trabalho.
“Esta observação de que os neurônios ativam
seletivamente a síntese de proteínas e, em seguida, a desligam se encaixa
perfeitamente com a forma como pensamos que as memórias são feitas”, disse
Singer. “A estimulação frequente do neurônio torna o mRNA disponível em
explosões controladas, fazendo com que a proteína beta-actina se acumule
precisamente onde é necessária para fortalecer a sinapse”.
MedicalXpress
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