Novos tipos de células cerebrais reveladas

Novos tipos de células cerebrais reveladas

Salk e cientistas da UC San Diego analisaram padrões de metilação de neurônios para encontrar novos subtipos

LA JOLLA—Sob um microscópio, pode ser difícil dizer a diferença entre quaisquer dois neurônios, as células cerebrais que armazenam e processam informações. Assim, os cientistas recorreram a métodos moleculares para tentar identificar grupos de neurônios com diferentes funções.

Agora, Salk Institute e University of California San Diego os cientistas traçaram, pela primeira vez, o perfil das modificações químicas das moléculas de DNA em neurônios individuais, fornecendo as informações mais detalhadas até agora sobre o que torna uma célula cerebral diferente de sua vizinha. Este é um passo crítico para começar a identificar quantos tipos de neurônios existem, o que iludiu os neurocientistas, mas pode levar a uma compreensão dramaticamente melhor sobre o desenvolvimento e a disfunção do cérebro. O metiloma de cada célula – o padrão de marcadores químicos formados por grupos metil que revestem seu DNA – forneceu uma leitura distinta que ajudou a equipe de Salk a classificar os neurônios em subtipos. A obra aparece na revista Ciência em agosto 10, 2017.

“Achamos bastante impressionante poder separar um cérebro em células individuais, sequenciar seus metilomas e identificar muitos novos tipos de células junto com seus elementos reguladores de genes, os interruptores genéticos que tornam esses neurônios distintos uns dos outros”, diz co- autor sênior José Ecker, professor e diretor do Laboratório de Análise Genômica de Salk e investigador do Instituto Médico Howard Hughes.

No passado, para identificar o que diferencia os diferentes tipos de neurônios, os pesquisadores estudaram os níveis de moléculas de RNA dentro de células cerebrais individuais. Mas os níveis de RNA podem mudar rapidamente quando uma célula é exposta a novas condições, ou mesmo ao longo do dia. Assim, a equipe de Salk voltou-se para os metilomas das células, que geralmente são estáveis ​​durante a vida adulta.

“Nossa pesquisa mostra que podemos definir claramente os tipos neuronais com base em seus metilomas”, diz Margarita Behrens, cientista sênior da Salk e co-autor sênior do novo artigo. “Isso abre a possibilidade de entender o que faz com que dois neurônios – que ficam na mesma região do cérebro e parecem semelhantes – se comportem de maneira diferente”.

A equipe começou seu trabalho em cérebros de camundongos e humanos focando no córtex frontal, a área do cérebro responsável pelo pensamento complexo, personalidade, comportamentos sociais e tomada de decisões, entre outras coisas. Eles isolaram 3,377 neurônios do córtex frontal de camundongos e 2,784 neurônios do córtex frontal de um humano falecido de 25 anos.

Os pesquisadores então usaram um novo método que desenvolveram recentemente, chamado snmC-seq, para sequenciar os metilomas de cada célula. Ao contrário de outras células do corpo, os neurônios têm dois tipos de metilação, então a abordagem mapeou os dois tipos – chamados de metilação CG (para sequência de DNA contendo os nucleotídeos citosina e guanina) e metilação não-CG.

Eles descobriram que os neurônios do córtex frontal do camundongo agrupavam-se em 16 subtipos com base nos padrões de metilação, enquanto os neurônios do córtex frontal humano eram mais diversos e formavam 21 subtipos. Neurônios inibitórios – aqueles que fornecem sinais de parada para mensagens no cérebro – mostraram padrões de metilação mais conservados entre camundongos e humanos em comparação com neurônios excitatórios. O estudo também identificou subtipos únicos de neurônios humanos que nunca haviam sido definidos antes. Esses resultados abrem as portas para uma compreensão mais profunda do que diferencia os cérebros humanos dos de outros animais.

“Este estudo abre uma nova janela para a incrível diversidade das células cerebrais”, diz Eran Mukamel, do Departamento de Ciências Cognitivas da UC San Diego, co-autor sênior do trabalho.

Em seguida, os pesquisadores planejam expandir seu estudo do metiloma para examinar mais partes do cérebro e mais cérebros.

“Existem centenas, senão milhares, de tipos de células cerebrais que têm diferentes funções e comportamentos e é importante saber o que são todos esses tipos para entender como o cérebro funciona”, disse Chongyuan Luo, pesquisador associado da Salk e co-primeiro autor do novo artigo, juntamente com o estudante de graduação da UC San Diego, Christopher Keown. “Nosso objetivo é criar uma lista de peças de cérebros de camundongos e humanos.”

Assim que a “lista de peças” estiver completa, Ecker diz que também gostaria de começar a estudar se os metilomas dos neurônios em pessoas com doenças cerebrais são diferentes dos de pessoas saudáveis. “Se houver um defeito em apenas um por cento das células, devemos ser capazes de ver com este método”, diz ele. “Até agora, não teríamos chance de detectar algo naquela pequena porcentagem de células.”

Outros pesquisadores do estudo foram Jingtian Zhou, Yupeng He, Rosa Castanon, Jacinta Lucero, Joseph Nery, Justin Sandoval, Brian Bui e Terrence Sejnowski do Salk Institute; Junhao Li da UC San Diego; e Laurie Kurihara e Timothy Harkins de Swift Biociências Inc.

O trabalho e os pesquisadores envolvidos foram apoiados por bolsas do Iniciativa NIH BRAIN, Instituto Médico Howard Hughes, e o National Institutes of Health.