O estudo usa pistas do corpo para entender a sinalização no cérebro, ET Healthworld
Virginia: Nossos bíceps e células cerebrais podem ter mais em comum do que acreditávamos. De acordo com um novo estudo do laboratório Lippincott-Schwartz, uma rede de estruturas subcelulares semelhantes às responsáveis pela propagação de sinais moleculares que fazem com que os músculos se contratem também são responsáveis por transmitir sinais no cérebro que podem facilitar o aprendizado e a memória.
“Einstein disse que, quando ele usa o cérebro, é como se ele estivesse usando um músculo e, nesse aspecto, há alguns paralelos aqui”, disse Jennifer, líder do grupo sênior de Janelia, Lippincott-Schwartz. “A mesma maquinaria está operando em ambos os casos, mas com diferentes leituras”.
A primeira pista sobre a possível conexão entre células cerebrais e musculares veio quando os cientistas de Janelia notaram algo estranho sobre o retículo endoplasmático, ou er – as folhas membranosas e dobras dentro das células que são cruciais para muitas funções celulares.
Lorena Benedetti, cientista pesquisadora do laboratório Lippincott-Schwartz, estava rastreando moléculas em alta resolução ao longo da superfície do ER em neurônios de mamíferos quando viu que as moléculas estavam rastreando um padrão de repetição e escada ao longo de todo o comprimento dos dendritos -As extensões semelhantes a ramificações nas células cerebrais que recebem sinais de entrada.
Na mesma época, o líder sênior do grupo Stephan Saalfeld alertou Lippincott-Schwartz para imagens de microscopia eletrônica 3D de alta resolução de neurônios no cérebro da mosca, onde o ER também estava formando estruturas transversais e espaçadas regularmente.
O pronto-socorro normalmente parece uma rede enorme e dinâmica; assim, assim que Lippincott-Schwartz viu as estruturas, ela sabia que seu laboratório precisava descobrir o que eram.
“Na ciência, a estrutura é uma função”, disse Lippincott-Schwartz, que também lidera a área de pesquisa de fisiologia celular 4D de Janelia. “Esta é uma estrutura incomum e bonita que estamos vendo em todo o dendrito, por isso apenas tivemos a sensação de que deve ter alguma função importante”.
Os pesquisadores, liderados por Benedetti, começaram olhando para a única outra área do corpo conhecida por ter estruturas ER semelhantes e semelhantes a escadas: tecido muscular. Nas células musculares, o ER e a membrana plasmática – a membrana externa da célula – encontram -se em locais de contato periódicos, um arranjo controlado por uma molécula chamada jontófilina.
Usando imagens de alta resolução, os pesquisadores descobriram que os dendritos também contêm uma forma de joconcilina que controla os locais de contato entre a membrana ER e plasmática. Além disso, a equipe descobriu que a mesma maquinaria molecular que controla a liberação de cálcio nos locais de contato das células musculares – onde o cálcio aciona a contração muscular – também estava presente nos locais de contato do dendrito – onde o cálcio regula a sinalização neuronal.
Devido a essas pistas, os pesquisadores tinham um palpite de que o mecanismo molecular nos locais de contato dendrítico também deve ser importante para transmitir sinais de cálcio, que as células usam para se comunicar. Eles suspeitavam que os sites de contato ao longo dos dendritos pudessem atuar como um repetidor em uma máquina de telégrafo: receber, amplificar e propagar sinais a longas distâncias. Nos neurônios, isso poderia explicar como os sinais recebidos em locais específicos em dendritos são transmitidos ao corpo da célula a centenas de micrômetros de distância.
“Como essa informação viaja por longas distâncias e como o sinal de cálcio é amplificado especificamente não se sabia”, compartilhou Benedetti. “Pensamos que o ER poderia desempenhar esse papel e que esses sites de contato regularmente distribuídos são amplificadores localizados espacial e temporalmente: eles podem receber esse sinal de cálcio, amplificar localmente esse sinal de cálcio e retransmitir esse sinal de cálcio a uma distância”.
Os pesquisadores descobriram que esse processo é acionado quando um sinal neuronal faz com que o cálcio entre no dendrito através de proteínas de canal de íons dependentes de tensão, que estão posicionadas nos locais de contato. Embora esse sinal inicial de cálcio se dissipe rapidamente, ele aciona a liberação de cálcio adicional do ER no local de contato.
Esse influxo de cálcio no local de contato atrai e ativa uma quinase chamada CAMKII, uma proteína conhecida por ser importante na memória. Camkii altera as propriedades bioquímicas da membrana plasmática, alterando a força do sinal que é transmitido pela membrana plasmática.
Esse processo continua do local de contato para entrar em contato com o local ao longo do dendrito para o corpo celular, onde o neurônio decide como ele se comunicará com outros neurônios.
A nova pesquisa revela um novo mecanismo para transmissão de sinal nas células cerebrais e ajuda a responder a uma pergunta aberta na neurociência sobre como os sinais intracelulares viajam por longas distâncias nos neurônios, permitindo que as informações recebidas em locais específicos sobre dendritos sejam processados no cérebro.
Também lança luz sobre os mecanismos moleculares subjacentes à plasticidade sináptica – o fortalecimento ou o enfraquecimento das conexões neuronais que permitem aprendizado e memória. Descobrir esse processo no nível molecular pode aumentar a compreensão de como o cérebro funciona normalmente e em doenças onde esses processos dão errado, como a de Alzheimer.
“Estamos mostrando que uma estrutura-uma bela estrutura-operando em um nível de organização subcelular está tendo um efeito enorme na maneira como todo o sistema neuronal está operando em relação à sinalização de cálcio”, disse Lippincott-Schwartz. “Este é um ótimo exemplo de como, ao fazer ciência, se você vê uma estrutura bonita, pode levá -lo a um mundo totalmente novo”.
