A ativação sináptica promove uma cascata de sinalização que resulta na expressão de RNA de longa não codificação, ADEPTR. É rapidamente transportado ao longo de dendritos para sinapses, onde age em proteínas envolvidas na remodelação.
Estudo lança uma nova luz sobre o papel que as RNAs não codificadas desempenham na sinapse. De acordo com o Scripps Research Institute
Fazer memórias envolve mais do que ver amigos ou tirar fotos. O cérebro se adapta constantemente a novas informações e armazena memórias construindo conexões entre os neurônios, chamadas sinapses. Como os neurônios fazem isso - estendendo-se para fora dendritos semelhantes a braços para se comunicar com outros neurônios - requer um balé de genes, moléculas de sinalização, andaimes celulares e máquinas de construção de proteínas.
Um novo estudo de cientistas da Scripps Research e do Max Planck Florida Institute for Neuroscience encontra um papel central para uma molécula de sinalização, um RNA longo e não codificador que os cientistas chamaram de ADEPTR.
Usando uma variedade de tecnologias, incluindo microscopia confocal e de dois fótons, eles rastreiam os movimentos do ADEPTR, observando como ele se forma, viaja, acumula na sinapse e ativa outras proteínas após a estimulação de um neurônio.
Sua jornada para os confins de uma célula cerebral é possível por um portador de celular que na ponta dos pés ao longo dos andaimes de microtúbulos de um dendrite. Chamado de motor de cinesina, ele deposita ADEPTR perto da junção da sinapse, onde ativa outras proteínas.
A equipe também descobriu que se o ADEPTR é silenciado, novas sinapses não se formam durante a estimulação.
O estudo, "A atividade regulamentada de segmentação sináptica de LncRNA ADEPTR media a plasticidade estrutural localizando Sptn1 e AnkB em dendritos", é publicado online em 16 de abril na revista Science Advances.
RnAs não codificadoras longas têm sido frequentemente descritas como "matéria escura genômica", porque seu papel nas células ainda não foi totalmente caracterizado, especialmente nos neurônios, diz o autor principal do estudo, Scripps Research neurocientist Sathyanarayanan Puthanveettil, PhD. Puthanveettil equipe está descobrindo que eles desempenham um papel de sinalização na plasticidade neural - como os neurônios se adaptam e mudam com a experiência.
"Aqui relatamos o direcionamento dendrático dependente da atividade de um RNA de longo e não codificação recém-transcrito para modular a função sinapse e descrevemos seus mecanismos subjacentes", diz Puthanveettil. "Esses estudos trazem novas percepções sobre as funções de RNAs de longa não codificação na sinapse."
O primeiro autor é Eddie Grinman, um estudante de pós-graduação no laboratório de Puthanveettil.
Um RNA de longo não codificação é um tipo de RNA que excede 200 nucleotídeos, e não é traduzido em proteína. Há milhares desses longos RNAs não codificadores em nossas células, mas na maioria dos casos, sua função ainda não é conhecida. O que se sabe é que, geralmente, eles tendem a ficar dentro do núcleo celular. Alguns regulam a transcrição dos genes.
"Foi surpreendente ver um longo RNA não codificador passar do núcleo para a sinapse tão rapidamente e robustamente", diz Grinman.
O hipocampo é a parte do cérebro onde o aprendizado, a memória e as emoções residem. Trabalhando em neurônios hipocampais de camundongos, a equipe estimulou os neurônios com ativadores farmacológicos de sinalização relacionada à aprendizagem.
Eles descobriram através de técnicas moleculares e de imagem de alta resolução que o RNA de longa não codificação da ADEPTR foi rapidamente expresso e transportado para os braços externos da célula. Lá, as moléculas adeptr interagem com proteínas que desempenham um papel na organização estrutural de sinapses, proteínas chamadas spectrina 1 e ankyrina B.
Eles descobriram que o ADEPTR ficou desregulado se exposto a um neurotransmissor inibidor, GABA.
"Esses achados adicionam outra camada de complexidade na modulação e plasticidade da sinapse", diz Puthanveettil. "O RNA de longo prazo não codificado localizado sinapticamente são importantes reguladores da função neuronal adaptativa."
Daqui para frente, a equipe pretende continuar caracterizando como a estimulação afeta a plasticidade neuronal. Além disso, os autores esperam saber mais sobre o papel do ADEPTR in vivo.
"Seria interessante aprender qual o papel do ADEPTR na formação de novas memórias em organismos vivos", diz Grinman.
O trabalho está revelando um dos processos mais fundamentais de aprendizagem e memória, adaptação às mudanças de informação e circunstâncias.
"A plasticidade neural é o que nos permite aprender, responder a estímulos e estabelecer memórias de longo prazo", diz Puthanveettil. "Ainda há muito a aprender sobre a magnífica complexidade desse processo biológico fundamental."
Além de Puthanveettil e Grinman, os autores do estudo incluem Yosef Avchalumov, Isabel Espadas e Supriya Swarnkar da Scripps Research, Flórida; e Yoshihisa Nakahata e Ryohei Yasuda do Instituto Max Planck de Neurociência da Flórida.
Scripps Research Institute Stacey DeLoye – Scripps Research Institute
The image is credited to Jenna Wingfield and Yibo Zhao of the Puthanveettil lab at Scripps Research in Jupiter, Florida.
The study will appear in Sciencce Advances