Como os alpinistas, os nervos precisam de orientação especializada para encontrar o caminho

Como os alpinistas, os nervos precisam de orientação especializada para encontrar o caminho

Cientistas da Salk descobrem que os neurônios motores recebem uma infinidade de pistas para navegar com sucesso até seus destinos no corpo

LA JOLLA - (22 de março de 2019) Semelhante às dezenas de sherpas que guiam os caminhantes pelas traiçoeiras montanhas do Himalaia para chegar ao cume, o sistema nervoso depende de um tempo e localização elaborados de pistas de orientação para axônios neuronais - projeções semelhantes a fios - para alcançar com sucesso seus destinos no corpo. Agora, os pesquisadores do Salk Institute descobrem como os neurônios navegam em um ambiente celular complicado, ouvindo as direções, enquanto filtram simultaneamente as instruções inadequadas para evitar a perda. As descobertas apareceram em Neurônio em março 19, 2019.

“Existem 100 trilhões de conexões no sistema nervoso governadas por 20,000 genes, dos quais cerca de 10 famílias de genes são conhecidas por estarem envolvidas no controle da orientação do axônio. Queríamos entender os sistemas genéticos inteligentes que a natureza empregou para conectar a máquina biológica mais complicada do universo”, diz o professor Salk. Samuel Pfaff, autor sênior e investigador do Howard Hughes Medical Institute. “Assim, nos propusemos a examinar como os neurônios motores encontram suas conexões com os músculos do corpo, o que é fundamental para o nosso cérebro transmitir informações aos nossos músculos para permitir o movimento”.

O cérebro controla centenas de músculos diferentes para permitir movimentos precisos. Durante o desenvolvimento, os neurônios motores na medula espinhal estendem seus axônios para fora do sistema nervoso central para se conectar com as células musculares do corpo. Cada neurônio motor depende de um conjunto de genes para garantir que o axônio cresça corretamente no músculo.

“No sentido mais amplo, esperávamos que, ao identificar os genes envolvidos no desenvolvimento anormal do neurônio motor, pudéssemos entender melhor as complexidades da sinalização celular em outros contextos, como o câncer”, diz o primeiro autor Dario Bonanomi, ex-colega de pós-doutorado no laboratório Pfaff, agora um líder de grupo no San Raffaele Scientific Institute. “Este trabalho não apenas nos mostra como o sistema nervoso se desenvolve, mas também como as células, de forma mais geral, se comunicam, se movem e criam estruturas no corpo.”

Para encontrar genes importantes para a orientação do axônio do neurônio motor, a equipe realizou uma triagem genética e observou onde os neurônios motores cresceram seus axônios usando proteínas fluorescentes verdes em um modelo de camundongo que eles projetaram. A equipe então traçou os axônios para ver quando decisões de crescimento corretas e incorretas foram tomadas. Por meio desse rastreamento de axônio, os cientistas identificaram uma mutação genética que causou o desvio do axônio motor. Nesse caso, os axônios do neurônio motor fizeram desvios e nunca se conectaram adequadamente aos músculos.

Após uma investigação mais detalhada, os cientistas descobriram que esses neurônios motores subiram pela borda da medula espinhal em vez de sair adequadamente para atingir seus alvos musculares. A equipe identificou o gene que causa essa mutação prejudicial como p190, que anteriormente era conhecido por desempenhar um papel na supressão do câncer, mas não havia sido implicado no estabelecimento de conexões neuronais durante o desenvolvimento.

Os pesquisadores montaram uma série de experimentos para examinar como o p190 afeta os axônios que saem da medula espinhal. Eles descobriram que, embora os axônios sejam normalmente atraídos por uma proteína na medula espinhal chamada netrina, durante um curto período de tempo, o p190 atua como um cego, de modo que os axônios desconsideram a netrina e são conduzidos para fora da medula espinhal. Depois que os axônios deixam o sistema nervoso central com segurança, esse tapa-olhos é removido. Sem o p190, os axônios são atraídos pela netrina e não saem adequadamente da medula espinhal, portanto, nunca se conectem aos músculos.

Pfaff, titular da cadeira Benjamin H. Lewis, acrescenta: “Esses resultados fornecem uma visão mecanicista da complexidade inimaginável que as células usam para se comunicar umas com as outras”.

O próximo passo é examinar o mecanismo de controle do p190 e quais fatores afetam o tempo de sua atividade, dizem os pesquisadores.

Outros autores incluídos: Onanong Chivatakarn, Matthew J. Sternfeld, Shawn P. Driscoll, Aaron Aslanian, Karen Lettieri, Miriam Gullo, Joseph W. Lewcock e Tony Hunter do Salk Institute for Biological Studies junto com Fabiola Valenza e Aurora Badaloni do Instituto Científico San Raffaele Na Itália.

O trabalho e os pesquisadores envolvidos foram apoiados pelo Howard Hughes Medical Institute, Sol Goldman Trust, European Research Council Starting Grant 335590 e um Career Development Award da Giovanni Armenise-Harvard Foundation.

DOI: 10.1016 / j.neuron.2019.02.034