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Pesquisadores do Baylor College of Medicine desvendaram os processos que dão aos astrócitos, a célula glial mais abundante no cérebro, sua forma espessa especial, fundamental para o funcionamento do cérebro. Eles relatam no jornal Natureza que a atividade neuronal é necessária e suficiente para os astrócitos desenvolverem sua forma complexa, e a interrupção desse processo de desenvolvimento resulta na interrupção da função cerebral.
“Os astrócitos desempenham diversos papéis que são vitais para o bom funcionamento do cérebro”, disse o primeiro autor Yi-Ting Cheng, aluno de pós-graduação no laboratório do Dr. Benjamin Deneen em Baylor. “Por exemplo, eles apóiam a atividade de outras células cerebrais essenciais, os neurônios; participam da formação e função das sinapses, ou conexões neurônio a neurônio; liberam neurotransmissores, substâncias químicas que medeiam a comunicação neuronal; e fazem a barreira hematoencefálica. “
No cérebro adulto, a forma espessa dos astrócitos está fundamentalmente ligada à função cerebral efetiva. As extremidades da estrutura ramificada dos astrócitos interagem com os neurônios e regulam a atividade sináptica. “Se os astrócitos perdem sua estrutura, as sinapses não se comportam adequadamente e a função cerebral dá errado”, disse Deneen, professor e Dr. Russell J. e Marian K. Blattner Presidente do Departamento de Neurocirurgia e diretor do Centro de Neurociência do Câncer em Baylor. Ele também é o autor correspondente da obra. “Descobrir como os astrócitos adquirem sua estrutura complexa e espessa é essencial para entender como o cérebro se desenvolve e funciona e pode trazer uma nova visão sobre como surgem as condições de neurodesenvolvimento. Neste estudo, investigamos as células e os processos que direcionam o desenvolvimento da estrutura dos astrócitos. “
Os neurônios lideram o caminho
Quando os astrócitos se desenvolvem, os neurônios já estão presentes e ativos, então os neurônios influenciam como os astrócitos adquirem sua forma complexa?
“Ativamos ou silenciamos artificialmente os neurônios e determinamos se isso aceleraria ou retardaria a maturação dos astrócitos”, disse Cheng. “Descobrimos que a atividade neuronal é necessária e suficiente para conduzir a maturação completa dos astrócitos em uma célula de forma espessa”.
Então, como os astrócitos recebem os sinais que os direcionam para o caminho de maturação adequado? Através de várias abordagens experimentais, a equipe descobriu que os neurônios produzem um neurotransmissor chamado GABA que se liga aos astrócitos por meio de uma molécula em sua superfície chamada GABA.B receptor. “Nocauteamos o GABAB receptor nos astrócitos e ativou os neurônios. Nessa situação, os neurônios não promoveram o desenvolvimento de uma forma típica de astrócitos, corroborando a ideia de que os neurônios se comunicam com os astrócitos via GABAB receptor para promover a sua maturação.”
“Esta descoberta foi surpreendente e muito interessante”, disse Deneen. “Neurotransmissores como o GABA são conhecidos por sinalizar entre neurônios nas sinapses, mas descobrimos que os neurotransmissores também sinalizam astrócitos, influenciando seu desenvolvimento ao desencadear mudanças em sua estrutura”.
Outros experimentos revelaram mais peças do quebra-cabeça de como os neurônios levam os astrócitos a desenvolver sua forma espessa. “Os neurônios produzem GABA, que se liga aos astrócitos via GABAB receptor. Por sua vez, isso ativa uma série de eventos, incluindo o desencadeamento da expressão de outro receptor chamado Ednrb, que impulsiona caminhos que remodelam a arquitetura celular dentro das células associadas à forma celular”, disse Cheng.
Os pesquisadores também investigaram outro mistério relacionado ao desenvolvimento dos astrócitos. Eles descobriram que a regulação da expressão de GABAB receptor nos astrócitos não ocorre da mesma forma em diferentes regiões do cérebro. “Este resultado foi totalmente inesperado”, disse Deneen. “O GABAB O receptor é universalmente necessário para que os astrócitos desenvolvam sua forma espessa em todas as regiões do cérebro. Como é regulado de forma diferente em diferentes áreas do cérebro?”
Por meio de análises de bioinformática, os pesquisadores descobriram que essa regulação regional é conferida por duas proteínas, LHX2 no córtex cerebral e NPAS3 no bulbo olfatório, por meio de suas interações região-específicas com as proteínas SOX9 e NFIA, que estão presentes em todos os astrócitos onde regulam o GABA.B expressão do receptor. No córtex, o LHX2 se liga apenas ao NFIA, enquanto no bulbo olfativo o NPS3 se liga apenas ao SOX9, permitindo que cada um regule o GABAB expressão do receptor em uma região específica do cérebro.
Ao todo, as descobertas sugerem que o desenvolvimento e a função dos astrócitos envolvem um padrão complexo de eventos e proteínas desencadeadas pela atividade dos neurônios e que operam de maneira específica da região.
Estefania Luna-Figueroa, Junsung Woo, Hsiao-Chi Chen, Zhung-Fu Lee1 e Akdes Serin Harmanci, todos do Baylor College of Medicine, também contribuíram para este trabalho.
Este trabalho foi financiado pelos National Institutes of Health (NIH) concede NS071153, AG071687 e NS096096, a Fundação David e Eula Wintermann, NIH compartilha instrumentos concede S10OD023469, S10OD025240 e P30EY002520, o Cytometry and Cell Sorting Core no Baylor College of Medicine com financiamento de o CPRIT Core Facility Support Award (CPRIT-RP180672), o NIH (CA125123 e RR024574) e o NIH Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health & Human Development sob o número do prêmio P50HD103555.
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