Pesquisadores de Bonn e do Japão esclarecem como sinapses vizinhas coordenam sua resposta a sinais de plasticidade
As células nervosas no cérebro recebem milhares de sinais sinápticos por meio de sua “antena”, o chamado ramo dendrítico. Mudanças permanentes na força sináptica se correlacionam com mudanças no tamanho das espinhas dendríticas. No entanto, não estava claro anteriormente como os neurônios implementam essas mudanças na força em várias sinapses que estão próximas umas das outras e ativas ao mesmo tempo. Pesquisadores do University Hospital Bonn (UKB), da University of Bonn, do Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) e do RIKEN Center for Brain Science (CBS) presumem que a competição entre espinhas por recursos moleculares e a distância espacial entre espinhas estimuladas simultaneamente afetam sua dinâmica resultante. Os resultados do estudo foram publicados no periódico “Nature Communications”.
Os neurônios são as unidades de computação do cérebro. Eles recebem milhares de sinais sinápticos por meio de seus dendritos, com sinapses individuais passando por plasticidade dependente de atividade. Essa plasticidade sináptica é o mecanismo subjacente à nossa memória e pensamento e reflete mudanças duradouras na força sináptica. Ao aprender novas memórias, particularmente as sinapses ativas fortalecem suas conexões em um processo conhecido como “potenciação de longo prazo” (LTP). No entanto, como os neurônios alocam recursos para traduzir mudanças na força sináptica através do espaço e do tempo entre sinapses vizinhas não está claro. Até agora, presumia-se que cada sinapse decide independentemente das outras como ela muda
Um estudo recente sugere uma nova perspectiva sobre como as sinapses vizinhas coordenam sua resposta aos sinais de plasticidade. Pesquisadores de Bonn e do Japão descobriram que o compartilhamento de proteínas e cálcio torna a plasticidade sináptica uma ação coletiva na qual o comportamento de uma sinapse influencia como as outras podem responder. “Quando várias sinapses querem potencializar ao mesmo tempo e estão próximas umas das outras, elas competem entre si para que cada sinapse potencialize menos do que se estivesse sozinha. Por outro lado, a potencialização simultânea de algumas sinapses pode facilitar a plasticidade de outras sinapses por meio do transbordamento de recursos ativados”, diz a Prof. Tatjana Tchumatchenko, do Instituto de Epileptologia Experimental e Pesquisa Cognitiva do UKB e membro da Área de Pesquisa Transdisciplinar (TRA) “Modelagem” da Universidade de Bonn. Ela liderou o estudo junto com a Prof. Yukiko Goda do OIST no Japão.
Forte competição entre espinhos vizinhos
Os pesquisadores de Bonn e do Japão usaram a liberação de glutamato, um importante neurotransmissor excitatório no cérebro, em conjunto com modelos assistidos por computador para investigar os processos moleculares da plasticidade de várias espinhas. Espinhas, protrusões em forma de cogumelo de células nervosas, são encontradas no cérebro e podem fortalecer as conexões sinápticas. “A liberação de glutamato permite a manipulação precisa de sinapses selecionadas, o que nos permitiu observar exatamente quantas sinapses potencializam e em que extensão”, explica o Dr. Thomas Chater, que conduziu a pesquisa no RIKEN Center for Brain Science no Japão. “Esses dados nos permitiram projetar um modelo e ajustar seus parâmetros a um conjunto de três processos espinhosos estimulados, ou seja, espinhas, para então prever como sete ou quinze processos espinhosos se comportariam”, explica o Dr. Maximilian Eggl, que até recentemente era um pós-doutorado na Universidade de Bonn e conduziu pesquisas no UKB. Chater e Eggl são ambos coautores deste estudo e trabalharam juntos.
Os líderes do estudo, Prof. Tchumatchenko e Prof. Goda, ficaram particularmente surpresos com a extensão da competição entre os processos espinhosos vizinhos, que foi mais forte nos primeiros dois a três minutos após a plasticidade ter sido desencadeada e influenciou a direção e a extensão da plasticidade. “Nossos resultados mostram que o arranjo espacial de sinapses estimuladas simultaneamente influencia significativamente a dinâmica do crescimento ou encolhimento da espinha, sugerindo que múltiplas memórias armazenadas no mesmo dendrito podem influenciar umas às outras”, explica o Prof. Goda. Os principais pesquisadores estão confiantes de que entender como os neurônios gerenciam os recursos sinápticos contribuirá para uma melhor compreensão dos processos cognitivos no cérebro saudável e, portanto, para o desenvolvimento de novas estratégias para combater a doença de Alzheimer, transtornos do espectro autista e outros comprometimentos cognitivos.
