Um novo estudo do desenvolvimento do cérebro em camundongos logo após o nascimento pode fornecer informações sobre como os eventos iniciais da vida podem afetar os padrões de fiação no cérebro que se manifestam como doenças mais tarde na vida – especificamente distúrbios como esquizofrenia, epilepsia e autismo.
Os pesquisadores se concentraram em dois tipos de células cerebrais que foram associadas a distúrbios neurológicos em adultos: neurônios em um sistema modulador aninhado profundamente no cérebro e outros neurônios no córtex, a camada mais externa do cérebro, que neutralizam a excitação em outras células usando efeitos inibitórios. As células moduladoras enviam cabos de longo alcance para o córtex para influenciar remotamente a atividade das células corticais.
O estudo é o primeiro a mostrar que esses dois tipos de células se comunicam muito cedo no desenvolvimento do cérebro. Um produto químico liberado das células moduladoras inicia a ramificação, ou arborização, dos axônios, as longas e delgadas extensões dos corpos das células nervosas que transmitem mensagens, nas células corticais – e essa arborização determina a eficácia das células do córtex em realizar suas tarefas. trabalho.
Embora ainda haja muito a aprender sobre o impacto dessa interação celular no cérebro pós-natal, os pesquisadores disseram que o estudo abre as portas para uma melhor compreensão de como as doenças neurológicas em adultos podem se relacionar com eventos do início da vida.
“Sabe-se que experiências anormais no início da vida podem afetar a sensação e o comportamento futuro das crianças. Essa descoberta pode ajudar a explicar esse tipo de mecanismo”, disse Hiroki Taniguchi, professor associado de patologia da Faculdade de Medicina da Universidade Estadual de Ohio e autor sênior do estudo.
“Este estudo fornece uma nova visão sobre o desenvolvimento do cérebro e a patologia cerebral. É possível que durante o desenvolvimento, dependendo das experiências dos animais, essa atividade do sistema modulador possa ser alterada e, consequentemente, a fiação do circuito cortical possa ser alterada.”
Taniguchi completou o trabalho com os coautores André Steinnecke e McLean Bolton enquanto era pesquisador do Instituto Max Planck Florida de Neurociência.
A pesquisa foi publicada na revista Science Advances .
O estudo envolveu células-candelabro, um tipo de neurônios inibitórios na seção cortical do cérebro, e neurônios do sistema colinérgico – um dos sistemas que monitoram o ambiente e o estado interno, e enviam sinais para o resto do cérebro para desencadear memória e comportamentos apropriados.
“Ambos esses tipos de células foram estudados separadamente no contexto de funções ou modulações adultas até agora. O papel de desenvolvimento dos neurônios colinérgicos na fiação cerebral permanece mal compreendido”, disse Taniguchi.
As células do candelabro são nomeadas pelo spray de sinapses transmissoras de sinal (chamadas de cartuchos sinápticos) nos terminais de ramificação que se assemelham a velas de um candelabro tradicional, um padrão que lhes dá controle inibitório sobre centenas de células ao mesmo tempo.
“Essas células têm controle de saída”, disse Steinnecke, primeiro autor do estudo que agora trabalha na Neuway Pharma na Alemanha. “As células-candelabro podem frear as células excitatórias e dizer-lhes que não estão prontas para disparar. Como células inibitórias, acredita-se que as células-candelabro regulam as ondas de disparo – o que é importante, porque as ondas contêm informações que são transmitidas por grandes distâncias do cérebro”.
Estudos post-mortem anteriores mostraram que os terminais sinápticos localizados no final dos axônios das células do candelabro parecem estar reduzidos nos cérebros de pacientes com esquizofrenia.
“Esse ‘arbor’ axonal sendo reduzido sugere que eles não fazem tantas conexões com alvos a jusante, e as próprias conexões também são alteradas e não funcionam tão bem”, disse Steinecke.
A equipe usou duas técnicas para observar as células do candelabro durante o desenvolvimento do cérebro no início da vida em camundongos: direcionar geneticamente e usar um corante para rotular e detectar células que se diferenciam em células-candelabro e transplantar células geneticamente manipuladas de volta aos animais logo após o nascimento.
“Isso nos permitiu observar o desenvolvimento do cérebro enquanto ele acontece e manipular as condições para testar quais são os mecanismos”, disse Taniguchi.
Os pesquisadores observaram pela primeira vez como os axônios das células do candelabro desenvolvem suas estruturas de ramificação, observando que pequenas saliências emergindo dos axônios eram os primeiros sinais de que os ramos brotavam. E eles identificaram a substância química necessária para iniciar esse processo de germinação – o neurotransmissor acetilcolina, que é liberado pelas células do sistema colinérgico.
A interação entre os tipos de células distantes foi confirmada por meio de uma série de experimentos: nocautear os receptores que se ligam à acetilcolina e diminuir a atividade dos neurônios colinérgicos diminuiu o desenvolvimento de ramificações, e tornar os neurônios colinérgicos mais propensos a disparar levou a uma ramificação mais generalizada.
“A chave é que não sabíamos anteriormente como os sistemas neuromoduladores regulam os circuitos corticais – e ambos foram implicados em doenças cerebrais”, disse Taniguchi. “Agora que descobrimos que os neurônios colinérgicos podem afetar remotamente o desenvolvimento do circuito cortical, especialmente os sinais inibitórios corticais, a questão é que tipo de ambiente ou estado emocional de mudança pode afetar o desenvolvimento dos inibidores corticais? Podemos querer ver se podemos encontrar um link como próximo passo.”
