A memória depende dos astrócitos, as células menos conhecidas do cérebro

A memória depende dos astrócitos, as células menos conhecidas do cérebro

Salk cientistas mostram que as células de suporte são vitais na função cognitiva.

LA JOLLA — Quando você está esperando algo — como a refeição que pediu em um restaurante — ou quando ou quando algo capta seu interesse, ritmos elétricos únicos passam por seu cérebro.

Essas ondas são chamadas de oscilações gama e refletem uma sinfonia de células – tanto excitatórias quanto inibitórias – tocando juntas de maneira orquestrada. Embora seu papel tenha sido debatido, as ondas gama foram associadas à função cerebral de alto nível, e os distúrbios nos padrões foram associados à esquizofrenia. Doença de Alzheimer, autismo, epilepsia e outras desordens.

Agora, uma nova pesquisa do Salk Institute mostra que células de suporte pouco conhecidas no cérebro, conhecidas como astrócitos, podem de fato ser os principais atores que controlam essas ondas.

Em um estudo publicado em 28 de julho no Proceedings, da Academia Nacional de Ciências, Os pesquisadores do Salk relatam uma estratégia nova e inesperada para diminuir as oscilações gama, desativando não os neurônios, mas os astrócitos - tipo de célula tradicionalmente pensado para fornecer mais um papel de suporte no cérebro. No processo, a equipe mostrou que os astrócitos e as oscilações gama que eles ajudam a moldar são críticos para algumas formas de memória.

“Isso é o que poderia ser chamado de uma arma fumegante”, diz co-autor Terrence Sejnowskicabeça do Laboratório de Neurobiologia Computacional no Salk Institute for Biological Sciences e pesquisador do Howard Hughes Medical Institute. “Existem centenas de artigos relacionando oscilações gama com atenção e memória, mas todos são correlacionais. Esta é a primeira vez que conseguimos fazer um experimento causal, onde bloqueamos seletivamente as oscilações gama e mostramos que isso tem um impacto altamente específico sobre como o cérebro interage com o mundo”.

Terrence Sejnowski, Professor e Chefe de Laboratório do Laboratório de Neurobiologia Computacional

Fale Connosco para uma imagem de alta resolução.

Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

Uma colaboração entre os laboratórios dos professores Salk Sejnowski, Inder Verma e Stephen Heinemann descobriram que a atividade na forma de sinalização de cálcio em astrócitos precedeu imediatamente as oscilações gama no cérebro de camundongos. Isso sugere que os astrócitos, que usam muitos dos mesmos sinais químicos dos neurônios, podem estar influenciando essas oscilações.

Para testar sua teoria, o grupo usou um vírus que carregava a toxina do tétano para desativar a liberação de substâncias químicas liberadas seletivamente dos astrócitos, eliminando efetivamente a capacidade das células de se comunicar com as células vizinhas. Os neurônios não foram afetados pela toxina.

Depois de adicionar uma substância química para desencadear ondas gama no cérebro dos animais, os pesquisadores descobriram que o tecido cerebral com astrócitos deficientes produzia ondas gama mais curtas do que em tecidos contendo células saudáveis. E depois de adicionar três genes que permitiriam aos pesquisadores ativar e desativar seletivamente a toxina do tétano nos astrócitos à vontade, eles descobriram que as ondas gama foram amortecidas em camundongos cujos astrócitos foram impedidos de sinalizar. Desligar a toxina reverteu esse efeito.

Os camundongos com os astrócitos modificados pareciam perfeitamente saudáveis. Mas depois de vários testes cognitivos, os pesquisadores descobriram que eles falharam em uma área importante: o reconhecimento de novos objetos. Um camundongo saudável passou mais tempo com um novo item colocado em seu ambiente do que com itens familiares, como esperado.

No hipocampo, a parte do cérebro que controla a memória, astrócitos normais (vermelho, a1) e neurônios (azul, a3) são visualizados. Quando a toxina tetânica é adicionada (a2), apenas os astrócitos são afetados (verde). O painel a4 mostra as outras imagens do painel sobrepostas. Essa exclusividade da toxina permitiu aos cientistas mostrar que a atividade atenuada nos astrócitos interferia na formação de novas memórias em testes comportamentais.

Fale Connosco para uma imagem de alta resolução.

Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

Em contraste, o novo rato mutante do grupo tratou todos os objetos da mesma forma. “Aquele acabou sendo um resultado espetacular no sentido de que a memória de reconhecimento de objetos novos não foi apenas prejudicada, mas desapareceu – como se estivéssemos deletando essa forma de memória, deixando outras intactas”, diz Sejnowski.

Os resultados foram surpreendentes, em parte porque os astrócitos operam em segundos ou mais, enquanto os neurônios sinalizam muito mais rápido, na escala de milissegundos. Por causa dessa velocidade mais lenta, ninguém suspeitava que os astrócitos estivessem envolvidos na atividade cerebral de alta velocidade necessária para tomar decisões rápidas.

“O que achei bastante original foi a ideia de que os astrócitos, tradicionalmente considerados apenas guardiões e suportes de neurônios e outras células, também estão envolvidos no processamento de informações e em outros comportamentos cognitivos”, diz Verma, professor do Laboratório de Genética e American Cancer Society Professor.

Não é que os astrócitos sejam rápidos – eles ainda são mais lentos que os neurônios. Mas a nova evidência sugere que os astrócitos estão fornecendo ativamente o ambiente certo para a ocorrência de ondas gama, o que, por sua vez, torna o cérebro mais propenso a aprender e mudar a força de suas conexões neuronais.

Sejnowski diz que o resultado comportamental é apenas a ponta do iceberg. “O sistema de reconhecimento é importantíssimo”, diz, acrescentando que inclui o reconhecimento de outras pessoas, lugares, fatos e coisas que aconteceram no passado. Com esta nova descoberta, os cientistas podem começar a entender melhor o papel das ondas gama na memória de reconhecimento, acrescenta.

Os colaboradores incluíram Hosuk Sean Lee do Departamento de Ciências da Vida na Universidade Sogang em Seul, Coréia do Sul; Andrea Ghetti, Gustavo Dziewczapolski e Juan C. Piña-Crespo do Laboratório de Neurobiologia Molecular de Salk; António Pinto-Duarte do Instituto de Farmacologia e Neurociências da Faculdade de Medicina e da Unidade de Neurociências do Instituto de Medicina Molecular da Universidade de Lisboa em Portugal; Xin Wang do Laboratório de Neurobiologia Computacional de Salk; Francesco Galimi da Salk e do Departamento de Ciências Biomédicas/Istituto Nazionale di Biostrutture e Biosistemi, University of Sassari Medical School em Sassari, Itália; e Salvador Huitron-Resendiz e Amanda J. Roberts do Mouse Behavioral Assessment Core no Scripps Research Institute, em La Jolla, Califórnia.

O trabalho foi apoiado por Salk Innovation Grant, Kavli Innovative Research Awards, Calouste Gulbenkian Foundation Fellowship, Life Sciences Research Foundation Pfizer Fellowship, Brain and Behavior Research Foundation, Bundy Foundation, Jose Carreras International Leukemia Foundation, Pew Charitable Trusts , National Science Foundation, Howard Hughes Medical Institute, Office of Naval Research e National Institutes of Health.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.