Astrócitos são células em forma de estrela que suportam estrutura e função do circuito neural. Nesta imagem leve de microscopia do cérebro de mosca de frutas larval (8 horas após a eclosão do ovo), os astrócitos individuais são fluorescentes rotulados em cores diferentes. Os astrócitos ladrilhos do sistema nervoso para suportar os diversos neurônios necessários para a locomoção larval. A pesquisa foi feita na Universidade de Oregon.
Os astrócitos ajudam a fazer a transição do cérebro de um estado altamente plástico para um que seja mais estável.
Pesquisadores que exploram o sistema nervoso central em desenvolvimento de moscas frutíferas identificaram células não elétricas que transitam o cérebro de altamente plástico para um estado menos moldável e maduro.
As células, conhecidas como astrócitos por suas formas semelhantes a estrelas, e genes associados eventualmente poderiam se tornar alvos terapêuticos, disse a pesquisadora de pós-doutorado da Universidade de Oregon Sarah Ackerman, que liderou a pesquisa.
"Todos os tipos de células e caminhos de sinalização que eu olhei estão presentes em humanos", disse Ackerman. "Dois dos genes que identifiquei são genes de suscetibilidade ligados a distúrbios neurodesenvolvimentos, incluindo autismo e esquizofrenia."
A falha em fechar os chamados períodos críticos de plasticidade cerebral em desenvolvimento, quando a aprendizagem ocorre rapidamente e ajuda a moldar o cérebro, acrescentou, também está associada à epilepsia.
A descoberta é detalhada em um artigo publicado online em 7 de abril na revista Nature. A pesquisa foi feita no laboratório do Instituto de Neurociência do coautor Chris Doe, pesquisador do Instituto Médico Howard Hughes e professor do Departamento de Biologia da UO.
Astrócitos são células gliais encontradas em grande número no sistema nervoso central. Eles desempenham papéis diversos dependendo de quais regiões do cérebro e da medula espinhal estão ativas. Eles são, disse Ackerman, "os guardiões das sinapses em termos de assegurar o bom funcionamento tanto em sua formação quanto no desempenho posterior."
Na pesquisa, Ackerman focou no circuito motor de larvas de melanogaster Drosophila sobre pontos específicos em desenvolvimento. Estas moscas de frutas invertebradas são modelos de pesquisa padrão que são facilmente abertos à rápida exploração genética de mecanismos moleculares.
Ackerman usou optogenética, uma tecnologia baseada em luz, para desligar e ligar seletivamente os neurônios motores. Ela descobriu que esses neurônios apresentam mudanças marcantes em sua forma e conexões - a plasticidade - em resposta às manipulações.
Curiosamente, Ackerman e seus colegas viram astrócitos entrando no sistema nervoso, estendendo projeções finas e envolvendo conexões neuronais no momento certo para mudar os circuitos de plástico para estados estáveis.
Ackerman então examinou genes candidatos associados a astrócitos para determinar quais vias moleculares direcionam a janela para fechar e desligar a plasticidade motora.
Esse trabalho apontou diretamente para a neuroligina, uma proteína em projeções de astrócito, que se liga à neurexina, uma proteína receptora em dendritos a partir do desenvolvimento de neurônios. A eliminação dessa via genética ampliou a plasticidade, enquanto a expressão precoce dessas proteínas fechou a plasticidade muito cedo no desenvolvimento.
Tais mudanças no tempo de plasticidade também foram encontradas para posteriormente impactar o comportamento. Estender a plasticidade resultou em rastejamento anormal das larvas. Estender períodos críticos de plasticidade no desenvolvimento humano, disse Ackerman, tem sido associado a distúrbios neurodesenvolvimentos.
Um exemplo humano trágico de como esse período crítico é vital, disse Doe, pode ser o caso de crianças romenas abandonadas encontradas em um orfanato na década de 1980. Centenas de bebês foram negligenciados, exceto quando foram alimentados ou lavados, de acordo com notícias.
A negligência teria ocorrido durante esse período chave de plasticidade quando experiências e aprendizado moldam o cérebro, disse Doe. Quando mais tarde foram removidas do orfanato, quatro de cada cinco crianças não puderam se envolver socialmente, de acordo com pesquisas que seguiram as crianças até a idade adulta.
"Meu trabalho foi projetado para entender o que causa a mudança de ter um cérebro infantil realmente maleável e flexível para um que seja mais fixo e estável", disse Ackerman. "Em vez de me concentrar nos neurônios, descobri que essas células em forma de estrela muito legais chamadas astrócitos estão entrando no sistema nervoso e dizendo aos neurônios para mudar de serem realmente maleáveis para um estado estável."
As implicações da pesquisa de Ackerman são potencialmente profundas, disse Doe.
"Se pudermos entender esse mecanismo de fechamento desse período crítico de desenvolvimento, poderíamos possivelmente reabrir a plasticidade em pessoas mais velhas que querem, digamos, aprender uma nova língua ou aprender uma nova tarefa", disse Doe.
Esse potencial terapêutico está muito longe, disseram os pesquisadores da UO, mas é um grande objetivo futuro. A pesquisa de Ackerman avançará em estudos semelhantes em vertebrados, especificamente usando zebrafish, que foram desenvolvidos em um organismo modelo para pesquisa médica na UO na década de 1970.
Qualquer mudança para a terapêutica, advertiu Ackerman, exigirá a titulação precisa de quaisquer drogas que possam ser desenvolvidas para que eles encontrem "o ponto doce para a plasticidade".
Os coautores com Ackerman e Doe foram o ex-estudante de graduação da UO Nelson A. Perez-Catalão, agora em um programa pós-bacharelado na Universidade de Chicago, e Marc R. Freeman, diretor e cientista sênior do Instituto Vollum da Oregon Health and Science University em Portland.
Financiamento: O Instituto Médico Howard Hughes e os Institutos Nacionais de Saúde financiaram a pesquisa. Ackerman foi apoiado por uma Bolsa de Pós-Doutorado de Milton Safenowitz concedida em 2017 pela ASSOCIAÇÃO ALS para pesquisas relacionadas à qual a esclerose lateral amiotrófica, também conhecida como Doença de Lou Gehrig.
“Astrocytes close a motor circuit critical period” by Sarah D. Ackerman, Nelson A. Perez-Catalan, Marc R. Freeman & Chris Q. Doe. Nature