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Quando os neurônios envolvidos no movimento – chamados neurônios motores – se formam, eles devem construir conexões que vão do cérebro, tronco cerebral ou medula espinhal até a cabeça, braços ou pontas dos dedos dos pés. Como os neurônios navegam nesses sistemas e “decidem” onde e como crescer tem sido em grande parte um mistério.
Agora, um novo estudo colaborativo entre cientistas do Instituto Salk e colegas do Instituto Científico San Raffaele, na Itália, mostra como os genes dos vasos sanguíneos desempenham um papel crítico no desenvolvimento do neurônio motor, dizendo aos vasos sanguíneos para sair do caminho.
As descobertas, publicadas em 7 de outubro de 2022 na revista Neurônio, fornecem uma nova compreensão de como uma relação de “empurrar-puxar” com os vasos sanguíneos – na qual os neurônios em crescimento atraem vasos sanguíneos para eles, ao mesmo tempo em que os empurra para fora do caminho – orienta o crescimento e o desenvolvimento de neurônios motores e, potencialmente, , uma grande variedade de tipos de células em todo o corpo. A descoberta também tem implicações para a compreensão de doenças nas quais as conexões dos neurônios motores são destruídas, como a esclerose lateral amiotrófica (ELA) ou a atrofia muscular espinhal (AME).
“Esta descoberta revela um conjunto de interações moleculares e celulares que não haviam sido compreendidas antes”, diz o co-autor Samuel Pfaff, professor do Laboratório de Expressão Gênica e titular da cadeira Benjamin H. Lewis em Salk. “Nossa descoberta de como esses genes regulam o crescimento dos vasos sanguíneos e o desenvolvimento dos neurônios tem implicações que vão desde a compreensão de como outros circuitos cerebrais se formam até a compreensão de como as células cancerígenas interagem com seu ambiente”.
As conexões dos neurônios motores são formadas durante o desenvolvimento fetal. Esse processo de conectar o sistema nervoso é extremamente preciso, com células fazendo trilhões de conexões que se estendem por todo o corpo. E, no entanto, o processo genético que direciona esse desenvolvimento ainda é pouco compreendido.
Pesquisas anteriores se concentraram no papel de genes específicos diretamente relacionados aos neurônios motores e como eles crescem. Mas para este estudo, os cientistas adotaram uma abordagem mais ampla, analisando os genes dentro e fora do sistema nervoso.
Os pesquisadores randomizaram mutações genéticas em camundongos e examinaram de perto os neurônios motores em desenvolvimento dos animais. Para sua surpresa, eles descobriram que os camundongos cujos neurônios motores não estavam crescendo corretamente tinham mutações que afetavam não o sistema nervoso, mas o sistema vascular, que inclui vasos sanguíneos.
Em camundongos saudáveis, os neurônios motores podem crescer a partir da medula espinhal e navegar pelos tecidos circundantes para alcançar grupos musculares distantes. No entanto, os cientistas observaram que nos camundongos com mutações vasculares, os neurônios motores pareciam ficar presos atrás de uma barreira de vasos sanguíneos. Eles descobriram que a mutação afetou a capacidade dos vasos sanguíneos de sentir os neurônios que se aproximavam e sair do caminho.
“Há uma colisão entre axônios em crescimento e células vasculares”, diz o co-autor correspondente Dario Bonanomi, líder do grupo de neurobiologia molecular no Instituto Científico San Raffaele em Milão, Itália, e anteriormente de Salk. “Quando você tira esse receptor das células dos vasos sanguíneos, os axônios motores colidem com os vasos sanguíneos e seu progresso em direção aos músculos é prejudicado e bloqueado”.
A descoberta ilumina a delicada dança dos neurônios em desenvolvimento, que precisam atrair vasos sanguíneos para alimentar seu crescimento, ao mesmo tempo em que os repele para sair do caminho. É relevante abordar os obstáculos que devem ser superados no desenvolvimento da “terapia de substituição” do neurônio motor usando células-tronco, um tratamento potencial para doenças onde os neurônios motores se degeneram, incluindo ELA e SMA.
No futuro, os cientistas planejam examinar o “crosstalk” entre nervos e vasos sanguíneos em outros contextos, bem como como os sistemas nervoso e vascular respondem a derrames, lesões cerebrais e doenças degenerativas como ELA e SMA.
Outros autores incluíram Neal D. Amin de Salk; Luis F. Martins, Ilaria Brambilla, Alessia Motta, Stefano de Pretis, Ganesh Parameshwar Bhat, Aurora Badaloni e Chiara Malpighi do Instituto Científico San Raffaele na Itália; Fumiyasu Imai e Yutaka Yoshida do Burke Neurological Institute em Nova York; e Ramiro D. Almeida da Universidade de Coimbra em Portugal.
Este trabalho foi financiado pelo Conselho Europeu de Pesquisa (concessão 335590), o Prêmio de Desenvolvimento de Carreira da Fundação Giovanni Armenise-Harvard, o Prêmio de Investigador do Instituto Médico Howard Hughes, o Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame (RO1 NS123160-01), o Sol Goldman Charitable Trust e a Cátedra Benjamin H. Lewis em Neurociência.
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