Aglomerados moleculares nas células gliais mostram que são mais do que a “cola” do nosso cérebro

Neurocientistas do Fred Hutchinson Cancer Center descobriram que um tipo de célula cerebral frequentemente esquecido, chamado glia, tem um papel mais importante na função cerebral do que se pensava anteriormente.

No diário Relatórios de células, a neurocientista Fred Hutch Aakanksha Singhvi, Ph.D., e sua equipe relatam que uma única célula glial usa moléculas diferentes para se comunicar com diferentes neurônios. O agrupamento cuidadoso dessas moléculas garante que a célula glial possa conduzir uma “conversa” distinta com cada neurônio. Através destes facilitadores moleculares, a glia pode influenciar a forma como os neurônios respondem a sinais ambientais como temperatura e cheiro.

“É a primeira indicação muito clara de que uma célula glial irá colocar moléculas específicas em locais de contato específicos para regular esses neurônios, no nível unicelular, com consequências na forma como o animal se comportará”, disse Singhvi, que é assistente. professor da Divisão de Ciências Básicas da Fred Hutch.

As células gliais constituem cerca de metade das células do cérebro, mas a outra metade das células – os neurónios – normalmente recebe a maior parte da nossa atenção pelo seu papel central nos nossos pensamentos, sensações e comportamentos. Menos chamativos do que os neurônios que literalmente pulsam com eletricidade, as glias pareciam desempenhar um papel puramente coadjuvante. Os neurocientistas os descartaram como mera “cola” que ajuda os neurônios a se unirem, ou “amas” que fornecem sustento aos neurônios, mas não orientação.

Singhvi está entre o grupo de neurocientistas que lidera o esforço para reavaliar a importância da glia.

“Nos últimos anos, tem havido uma apreciação crescente de que as células gliais podem contribuir para muitas doenças do cérebro, desde a epilepsia à doença de Alzheimer”, disse Singhvi. “Para ter uma imagem mais holística e clinicamente relevante da função cerebral, precisamos voltar ao básico e compreender melhor como a glia e os neurônios funcionam juntos”.

Para descobrir a biologia básica das células gliais, Singhvi ajudou a desenvolver o uso de Caenorhabditis elegans, que são vermes minúsculos e transparentes (também chamados de nematóides). Cada verme tem exatamente o mesmo número de células, incluindo 302 neurônios por animal e apenas 56 glias. Embora pareçamos ter pouco em comum com os vermes, seus neurônios e glia funcionam de maneira muito parecida com a nossa.

Singhvi e Sneha Ray – primeiro autor do estudo e estudante de pós-graduação no laboratório de Singhvi – se concentraram em uma dessas células gliais chamada bainha de anfídeo (AMsh) para ver como elas interagiam com um neurônio sensorial chamado AFD, que detecta a temperatura para C. elegans .

Usando microscópios de alta potência para focar neurônios e glias individuais, os pesquisadores procuraram uma proteína chamada KCC-3 que Singhvi havia descoberto anteriormente que ajuda na sinalização através das membranas celulares. Os pesquisadores rapidamente perceberam que o KCC-3 não estava distribuído igualmente ao longo da membrana das células gliais. Em vez disso, a proteína agrupou-se num ponto ao longo da interface entre a célula glial (AMsh) e o neurónio sensorial (AFD).

“Percebemos que ele está próximo ao neurônio sensor de temperatura – mas não a nenhum dos outros – que é essencialmente a célula glial que conhece meio mícron [millionth of a meter] diferença entre os dois neurônios”, disse Singhvi.

A equipe detectou pelo menos três tipos de aglomerados moleculares que conectam a glia AMsh a diferentes neurônios sensoriais.

Ray e Singhvi também descobriram que, embora cada neurônio envolvido pelo AMsh sinta um sinal ambiental diferente, a célula glial pode ajudar a integrar informações entre os circuitos e permitir que os neurônios dentro de um circuito sensorial (como a temperatura) influenciem a função dos neurônios dentro de um circuito diferente. como aqueles que cheiram odores específicos). Desta forma, uma única célula glial pode ajudar o verme a responder ao quadro ambiental mais amplo, em vez de apenas ajudar os neurónios a transmitir sinais externos individuais.

“Quando você pensa sobre o que é preciso para ser um nematóide, é muito complicado”, disse Singhvi.

O que um verme faz quando encontra um cheiro tentador que sinaliza comida – exatamente quando seu ambiente começa a ficar perigosamente quente? Deve equilibrar essas diferentes entradas e tomar uma decisão.

“O verme não queima – é inteligente demais para queimar”, disse Singhvi.

E a compartimentação que ela e Ray descobriram é provavelmente crítica para a capacidade de um nematóide – ou humano – de pesar fatores importantes como calor e cheiro, disse ela. Isso permite que o animal tenha vários circuitos funcionando corretamente ao mesmo tempo, sem confundir as conexões cruzadas.

Para possíveis aplicações à saúde do cérebro humano, Singhvi observou que a mesma proteína KCC-3 que ela estuda em nematóides também é essencial para o funcionamento do cérebro em humanos. As interrupções do KCC-3 estão ligadas a um distúrbio grave do desenvolvimento cerebral denominado agenesia do corpo caloso ou síndrome de Anderman e à suscetibilidade a convulsões e neurodegeneração. As diferenças nos circuitos cerebrais estão ligadas a condições como autismo, epilepsia e esquizofrenia.

“Nossos cérebros processam rotineiramente múltiplas entradas ou sinais sensoriais em paralelo”, disse Singhvi. “Nossa pesquisa mostrando que a glia pode ser um canal entre os circuitos cerebrais nos ajudará a compreender as diferentes maneiras pelas quais os circuitos podem ser interrompidos”.