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Quando você interage com o mundo ao seu redor, suas experiências são registradas como mudanças nas forças de conexão entre os neurônios em seu cérebro. Esse processo, chamado de plasticidade sináptica, altera a forma como a informação flui pelo cérebro e é fundamental para o aprendizado, a memória e até mesmo a recuperação de lesões.
Nova pesquisa orientada pelo Diretor Científico do MPFI Dr. Ryohei Yasuda e publicada esta semana no Revista de Neurociência, identificou um papel crítico para uma enzima de sinalização chamada Protein Kinase C delta (PKCd) neste processo. A equipe de cientistas desenvolveu biossensores para rastrear a atividade de PKCd durante a plasticidade, superando desafios de longa data no estudo de sua função. Por meio dessa nova abordagem, eles descobriram que o PKCd criou um “efeito borboleta” transmitindo sinais locais de algumas das milhares de sinapses em um neurônio para regular as mudanças em toda a célula na expressão gênica.
A plasticidade sináptica consiste em centenas de reações bioquímicas coordenadas que alteram a estrutura e a função das sinapses individuais, os minúsculos compartimentos onde a informação é transferida entre os neurônios. Essas reações bioquímicas são o trabalho de enzimas, proteínas especializadas em suas células que funcionam juntas durante a plasticidade para aumentar ou diminuir fisicamente suas sinapses e torná-las mais fortes ou mais fracas. Curiosamente, quando apenas algumas das milhares de sinapses em um neurônio sofrem plasticidade, essas reações se estendem além dos compartimentos sinápticos individuais e se espalham por todo o neurônio até o núcleo, onde ocorrem mudanças em todo o neurônio na expressão gênica.
A coordenação da plasticidade local nas sinapses com mudanças no núcleo permite mudanças duradouras na transferência de informações no cérebro durante o aprendizado. No entanto, as enzimas e reações que coordenam a sinalização da sinapse ao núcleo não foram totalmente compreendidas. Ao desenvolver novas abordagens para estudar questões antigas, os cientistas do MPFI conseguiram identificar que o PKCd é essencial para esse processo crítico.
A PKCd faz parte da família PKC, um grupo de 12 enzimas intimamente relacionadas, que se sabe serem necessárias para a plasticidade sináptica. No entanto, o papel das enzimas individuais da família PKC na plasticidade sináptica não era claro. Essa incerteza se deveu principalmente à falta de ferramentas dos cientistas que lhes permitissem distinguir os papéis únicos desses membros familiares intimamente relacionados.
Para superar essa limitação, os cientistas desenvolveram biossensores para visualizar a atividade de membros específicos da família de enzimas PKC. A equipe descobriu que uma dessas enzimas, a PKCd, era indispensável para a plasticidade sináptica. O bloqueio de sua função impediu o aumento da força e do tamanho das conexões sinápticas.
Mais notavelmente, o estudo revelou que a atividade de PKCd variou dependendo da natureza do estímulo de plasticidade. A PKCd foi ativada em maior grau e por mais tempo quando várias sinapses estavam sendo fortalecidas. Além disso, sua atividade se espalhou por todo o neurônio, regulando reações bioquímicas desde as sinapses ao longo do neurônio até o núcleo, onde ativaram a transcrição gênica.
“Este trabalho fornece novas ferramentas, que superam limitações de longa data no estudo das funções de enzimas PKC individuais e fornecem maior compreensão da plasticidade sináptica, um processo crítico na função cerebral”, descreve o Dr. Lesley Colgan, pesquisador principal do estudo. “Por meio dessa abordagem, descobrimos um mecanismo eficiente para troca de informações entre sinapses e transcrição de genes dentro do núcleo, convertendo a plasticidade de curto prazo em formas de plasticidade mais duradouras que provavelmente estão por trás da formação da memória”.
Assim como a disseminação da atividade PKCd de algumas sinapses por todo o neurônio, os cientistas esperam que o desenvolvimento de novos biossensores para a família de enzimas PKC tenha um impacto além do campo da plasticidade sináptica.
Como observou o Dr. Colgan, “A família de enzimas PKC está envolvida em muitas funções celulares e tem sido implicada em muitas doenças, incluindo doença de Alzheimer, câncer e doenças cardíacas. Esperamos que as ferramentas desenvolvidas neste artigo sejam usadas por outros em a comunidade científica para abordar muitas questões diferentes e causar impacto nesses importantes campos científicos.”
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