Descoberta importante sobre cérebros de mamíferos surpreende pesquisadores – Strong The One

Milhões de neurônios estão constantemente enviando mensagens uns aos outros para moldar pensamentos e memórias e nos permitir mover nossos corpos à vontade. Quando dois neurônios se encontram para trocar uma mensagem, os neurotransmissores são transportados de um neurônio para outro com o auxílio de uma enzima única.

Este processo é crucial para a comunicação neuronal e a sobrevivência de todos os organismos complexos. Até agora, pesquisadores de todo o mundo pensavam que essas enzimas estavam ativas o tempo todo para transmitir sinais essenciais continuamente. Mas isso está longe de ser o caso.

Usando um método inovador, pesquisadores do Departamento de Química da Universidade de Copenhague estudaram de perto a enzima e descobriram que sua atividade liga e desliga em intervalos aleatórios, o que contradiz nosso entendimento anterior.

“Esta é a primeira vez que alguém estudou essas enzimas cerebrais de mamíferos, uma molécula de cada vez, e estamos impressionados com o resultado. Ao contrário da crença popular, e ao contrário de muitas outras proteínas, essas enzimas podem parar de funcionar por minutos a horas. Ainda assim, os cérebros de humanos e outros mamíferos são milagrosamente capazes de funcionar”, diz o professor Dimitrios Stamou, que liderou o estudo do centro de Sistemas Celulares de Engenharia Geométrica do Departamento de Química da Universidade de Copenhague.

Até agora, tais estudos foram realizados com enzimas muito estáveis ​​de bactérias. Usando o novo método, os pesquisadores investigaram enzimas de mamíferos isoladas de cérebros de ratos pela primeira vez. Hoje, o estudo é publicado e colocado na capa da revista científica Nature.

A troca de enzimas pode ter implicações de longo alcance para a comunicação neuronal

Os neurônios se comunicam usando neurotransmissores. Para transferir mensagens entre dois neurônios, os neurotransmissores são primeiro bombeados para pequenas bexigas de membrana (chamadas vesículas sinápticas). As bexigas agem como recipientes que armazenam os neurotransmissores e os liberam entre os dois neurônios apenas na hora de entregar uma mensagem.

A enzima central deste estudo, conhecida como V-ATPase, é responsável por fornecer a energia para as bombas de neurotransmissores nesses recipientes. Sem ele, os neurotransmissores não seriam bombeados para os contêineres e os contêineres não seriam capazes de transmitir mensagens entre os neurônios.

Mas o estudo demonstra que em cada recipiente há apenas uma enzima; quando essa enzima se desligasse, não haveria mais energia para conduzir o carregamento de neurotransmissores para os recipientes. Esta é uma descoberta totalmente nova e inesperada.

“É quase incompreensível que o processo extremamente crítico de carregamento de neurotransmissores em contêineres seja delegado a apenas uma molécula por contêiner. Especialmente quando descobrimos que 40% do tempo essas moléculas estão desligadas”, diz o professor Dimitrios Stamou.

Essas descobertas levantam muitas questões intrigantes:

“Desligar a fonte de energia dos contêineres significa que muitos deles estão realmente vazios de neurotransmissores? Uma grande fração de contêineres vazios afetaria significativamente a comunicação entre os neurônios? Se sim, isso seria um “problema” que os neurônios evoluíram para contornar, ou poderia ser uma maneira totalmente nova de codificar informações importantes no cérebro? Só o tempo dirá”, diz ele.

Um método revolucionário para rastrear drogas para a V-ATPase

A enzima V-ATPase é um importante alvo de drogas porque desempenha papéis críticos no câncer, na metástase do câncer e em várias outras doenças com risco de vida. Assim, a V-ATPase é um alvo lucrativo para o desenvolvimento de drogas anticancerígenas.

Os ensaios existentes para rastrear drogas para a V-ATPase são baseados na média simultânea do sinal de bilhões de enzimas. Conhecer o efeito médio de uma droga é suficiente, desde que uma enzima trabalhe constantemente no tempo ou quando as enzimas trabalham juntas em grandes números.

“No entanto, agora sabemos que nenhum dos dois é necessariamente verdadeiro para a V-ATPase. Como resultado, tornou-se subitamente crítico ter métodos que meçam o comportamento de V-ATPases individuais para entender e otimizar o efeito desejado de uma droga, ” diz o primeiro autor do artigo, Dr. Elefterios Kosmidis, do Departamento de Química da Universidade de Copenhague, que liderou os experimentos no laboratório.

O método desenvolvido aqui é o primeiro que pode medir os efeitos das drogas no bombeamento de prótons de moléculas únicas de V-ATPase. Ele pode detectar correntes mais de um milhão de vezes menores do que o método patch clamp padrão-ouro.

Fatos sobre a enzima V-ATPase:

• V-ATPases são enzimas que quebram as moléculas de ATP para bombear prótons através das membranas celulares.
• Eles são encontrados em todas as células e são essenciais para controlar o pH/acidez dentro e/ou fora das células.
• Nas células neuronais, o gradiente de prótons estabelecido pelas V-ATPases fornece energia para carregar mensageiros neuroquímicos chamados neurotransmissores em vesículas sinápticas para posterior liberação nas conexões sinápticas.

Créditos:

Este projeto resultou de uma longa e frutífera colaboração entre os laboratórios Grabe, Jahn, Pedersen, Preobraschenski e Stamou. Foi apoiado financeiramente pela Novo Nordisk Foundation (concessão NNF17OC0028176), Villum Foundation (concessão 17617 e 17646), Lundbeck Foundation (concessão R249-2017-1406 para EK e R250-2017-1175 para SV) e uma subvenção de o Conselho Europeu de Pesquisa para RJ (SVNeuroTrans). O JP foi apoiado pela Deutsche Forschungsgemeinschaft (Fundação Alemã de Pesquisa) sob a Estratégia de Excelência da Alemanha EXC 2067/1-390729940.