Os neurônios se comunicam entre si em junções chamadas sinapses. Quando os íons de cálcio se movem para “zonas ativas”, que são preenchidas com vesículas contendo mensagens químicas, eles começam a “se comunicar”. As vesículas “fundem-se” às membranas externas dos neurônios pré-sinápticos devido ao cálcio eletricamente carregado, liberando sua carga química de comunicação para a célula pós-sináptica.
Um novo estudo do Instituto Picower de Aprendizagem e Memória em MIT revela como os neurônios configuram e sustentam essa infraestrutura vital.
Os canais de cálcio são uma parte crucial do motor do lado pré-sináptico que transforma sinais elétricos em transmissão sináptica química, uma vez que são o principal determinante do influxo de cálcio, que então causa a fusão das vesículas. No entanto, não estava claro como eles se acumulam nas zonas ativas.
Este novo estudo oferece pistas sobre como as zonas ativas se acumulam e regulam a abundância de canais de cálcio.
Troy Littleton, autor sênior do novo estudo e professor Menicon de Neurociência nos departamentos de Biologia e Ciências do Cérebro e Cognitivas do MIT, disse: “Sabe-se que a modulação da função dos canais de cálcio pré-sinápticos tem efeitos clínicos significativos. Compreender a base de como esses canais são regulados é importante.”
Os canais de cálcio são essenciais para o desenvolvimento de zonas ativas?
Os cientistas queriam determinar a resposta a esta pergunta nas larvas. Deve-se notar que o gene do canal de cálcio da mosca (chamado “cacofonia” ou Cac) é tão importante que elas não conseguem viver sem ele.
Em vez de eliminar o Cac em toda a mosca, os cientistas empregaram uma técnica para eliminar o Cac em apenas uma população de neurônios. Eles demonstraram que as zonas ativas se desenvolvem regularmente mesmo sem Cac ao fazer isso.
Eles também usaram outra técnica que prolonga artificialmente o estágio larval da mosca. Eles descobriram que, com mais tempo, a zona ativa continuará a construir a sua estrutura com uma proteína chamada BRP, mas a acumulação de Cac cessa após os seis dias normais.
Verificou-se também que aumentos ou diminuições moderadas no fornecimento de Cac disponível no neurônio não afetaram a quantidade de Cac que acabou em cada zona ativa. Para sua surpresa, descobriram que, embora o número de Cac aumentasse com o tamanho de cada zona activa, dificilmente mudaria se reduzissem significativamente o BRP na zona activa. Na verdade, o neurônio parecia estabelecer um limite constante na quantidade de Cac presente para cada zona ativa.
A pós-doutora do MIT, Karen Cunningham, disse: “Foi revelador que o neurônio tinha regras muito diferentes para as proteínas estruturais na zona ativa, como o BRP, que continuavam a se acumular ao longo do tempo, em comparação com o canal de cálcio, que era fortemente regulado e tinha sua abundância limitada.”
Além do fornecimento de Cac ou das mudanças no BRP, outros fatores também devem regular os níveis de Cac de forma tão rigorosa. Eles se voltaram para alpha2delta.
Manipulando geneticamente a expressão da sua quantidade, os cientistas descobriram que os níveis alfa2delta determinavam diretamente a quantidade de Cac acumulada nas zonas ativas. Outras experiências também revelaram que o fornecimento geral de Cac do neurônio monitora a capacidade do alpha2delta de manter os níveis de Cac.
Sugere que, em vez de controlar a quantidade de Cac nas zonas ativas, estabilizando-a, o alpha2delta provavelmente funcionou a montante, durante o tráfico de Cac, para fornecer e reabastecer Cac às zonas ativas.
Usando duas técnicas diferentes, eles observaram esse reabastecimento. Eles também geraram medições dele e de seu tempo.
Cunningham escolheu um momento após alguns dias de desenvolvimento para criar imagens de zonas ativas e mediu a abundância de Cac para determinar a paisagem. Então ela branqueou a fluorescência do Cac para apagá-la. Após 24 horas, ela visualizou novamente a fluorescência do Cac para destacar apenas o novo Cac que foi entregue às zonas ativas durante essas 24 horas.
Ela observou que o Cac foi entregue em quase todas as zonas ativas naquele dia. Ainda assim, aquele dia de trabalho foi, de facto, insignificante em comparação com a acumulação de dias anteriores. Ela também viu que zonas ativas maiores acumulavam mais Cac do que zonas menores. Além disso, quase não houve nenhuma nova entrega de Cac nos modelos alterados de mosca alpha2delta.
A próxima tarefa foi determinar em que ritmo os canais Cac são removidos das zonas ativas. Para fazer isso, os cientistas usaram uma técnica de coloração com uma proteína fotoconversível chamada Maple marcada com a proteína Cac. Isso permitiu que eles mudassem a cor com um flash de luz no horário escolhido.
Fazer isso mostra quanto Cac acumulou em um horário específico (mostrado em verde) e depois pisca a luz para deixar o Cac vermelho. Depois de cinco dias, quase 30% do Cac vermelho foi substituído por um novo Cac verde. Esta rotatividade de Cac parou quando os níveis de entrega de Cac foram reduzidos pela mutação alfa2 delta ou pela redução da biossíntese de Cac.
Cunningham disse: “Isso significa que uma quantidade significativa de Cac é entregue todos os dias nas zonas ativas e que a rotatividade é motivada pela nova entrega de Cac.”
Littleton dito, “Agora que as regras de abundância e reposição dos canais de cálcio estão claras, quero saber como elas diferem quando os neurônios sofrem plasticidade – por exemplo, quando novas informações recebidas exigem que os neurônios ajustem sua comunicação para aumentar ou diminuir a comunicação sináptica.”
“Também estou ansioso para rastrear canais de cálcio individuais à medida que são produzidos no corpo celular e depois descer pelo axônio neural até as zonas ativas, e ele quer determinar quais outros genes podem afetar a abundância de Cac.”
Jornal de referência:
- Karen L Cunningham, Chad W Sauvola, Sara Tavana, J Troy Littleton. Regulação da abundância de canais pré-sinápticos de Ca2+ em zonas ativas através de um equilíbrio entre entrega e rotatividade. Neuroscience. DOI: 10.7554 / eLife.78648
