Neurônios individuais misturam múltiplas edições de RNA da proteína-chave da sinapse, descobriu o estudo da mosca

Os cientistas fizeram suas descobertas em neurônios que controlam os músculos em Drosófila moscas da fruta. Estas células são modelos em neurociência porque exibem muitas propriedades fundamentais comuns aos neurónios de pessoas e outros animais, incluindo a comunicação através da libertação do neurotransmissor glutamato. No laboratório de Troy Littleton, professor Menicon nos Departamentos de Biologia e Ciências do Cérebro e Cognitivas do MIT, que estuda como os neurônios regulam esse processo crítico, os pesquisadores frequentemente observam que os neurônios individuais variam em seus padrões de liberação. Alguns “conversam” mais que outros.

Em mais de uma década de estudos, o laboratório de Littleton mostrou que uma proteína chamada Complexina tem a função de restringir a vibração espontânea do glutamato. Ele restringe a fusão de vesículas cheias de glutamato na membrana sináptica para preservar o suprimento do neurotransmissor para quando o neurônio precisar dele por uma razão funcional, por exemplo, para simular o movimento de um músculo. Os estudos do laboratório identificaram dois tipos diferentes de Complexina em moscas (os mamíferos têm quatro) e mostraram que a eficácia de fixação da rara mas potente forma de splice 7B é regulada por um processo molecular chamado fosforilação. Não se sabia como a versão 7A, muito mais abundante, é regulada, mas os cientistas demonstraram que o RNA transcrito do DNA que instrui a formação da proteína às vezes é editado na célula por uma enzima chamada ADAR.

No novo estudo da equipe de Littleton, liderado pela ex-aluna Elizabeth Brija, o laboratório investigou se a edição do RNA da Complexina 7A afeta a forma como ela regula a liberação de glutamato. O que ela descobriu foi surpreendente. A edição do RNA da Complexina 7A não só tem um impacto significativo na forma como a proteína previne a liberação de glutamato, mas também isso pode variar amplamente entre os neurônios individuais, porque eles podem misturar e combinar estocasticamente até oito edições diferentes da proteína. Algumas edições eram muito mais comuns do que outras, em média, mas 96% dos 200 neurônios que a equipe examinou tinham pelo menos alguma edição, o que afetou a estrutura de uma extremidade da proteína chamada terminal C. Experimentos para testar algumas das consequências desta variação estrutural mostraram que diferentes edições do Complexin 7A podem afetar dramaticamente o nível de corrente elétrica mensurável em diferentes sinapses. Esse nível variável de atividade também pode afetar o crescimento das sinapses que os neurônios fazem com os músculos. A edição do RNA da proteína pode, portanto, dotar cada neurônio de bons graus de controle de comunicação.

“O que isto oferece ao sistema nervoso é que você pode pegar o mesmo transcriptoma e, alternativamente, editar várias transcrições de RNA, esses neurônios se comportarão de maneira diferente”, disse Littleton.

Além disso, a equipe de Littleton e Brija descobriu que outras proteínas-chave envolvidas na liberação sináptica de glutamato, como Synapsin e Syx1A, às vezes também são editadas em níveis bastante diferentes entre a mesma população de neurônios. Isto sugere que outros aspectos da comunicação sináptica também podem ser ajustáveis.

“Tal mecanismo seria uma forma robusta de alterar múltiplas características da produção neuronal”, escreveram Brija, Littleton e colegas.

A equipe acompanhou os diferentes níveis de edição extraindo e sequenciando meticulosamente o RNA dos núcleos e corpos celulares de 200 neurônios motores. O trabalho rendeu um conjunto de dados rico o suficiente para mostrar que qualquer um dos três nucleotídeos de adenosina que codificam dois aminoácidos no terminal C poderia ser trocado por outro, produzindo oito edições diferentes da proteína. Uma pequena maioria da complexina 7A não foi editada no neurônio médio, enquanto as sete versões editadas compuseram o restante com graus de frequência amplamente variados.

Para investigar as consequências funcionais de algumas das diferentes edições, a equipe eliminou o Complexin e depois “resgatou” as moscas adicionando de volta versões não editadas ou duas versões editadas diferentes. Os experimentos mostraram um forte contraste entre as duas proteínas editadas. Um, que ocorre mais comumente, provou ser um clamp menos eficaz do que o Complexin não editado, impedindo apenas a liberação espontânea de glutamato e aumentos na corrente elétrica. O outro revelou-se mais eficaz na fixação do que a versão não editada, mantendo um controle rígido sobre a liberação de glutamato e a saída sináptica. E embora ambas as versões editadas mostrassem uma tendência de se afastar das sinapses e entrar no axônio do neurônio, o longo ramo que se estende do corpo celular, a edição que prendeu bem evitou qualquer crescimento excessivo de sinapses, enquanto a que apertou mal forneceu apenas um meio-fio escasso.

Como múltiplas edições estão frequentemente presentes nos neurônios, Brija e a equipe realizaram mais um conjunto de experimentos nos quais “resgataram” moscas sem Complexina com uma combinação de Complexina não editada e a edição de fixação fraca. O resultado foi uma mistura dos dois: menor liberação espontânea de glutamato do que apenas com a edição de fixação fraca. As descobertas sugerem que cada edição não apenas ajusta potencialmente a liberação de glutamato, mas que as combinações entre elas podem atuar de forma combinatória.

Além de Brija e Littleton, os outros autores do artigo são Zhuo Guan e Suresh Jetti.

Os Institutos Nacionais de Saúde, a Fundação JPB e o Instituto Picower de Aprendizagem e Memória apoiaram a pesquisa.