Dormir pouco faz o cérebro destruir seus próprios neurônios

Dormir traz diversos benefícios para os seres vivos – principalmente para nosso cérebro. Além de repor as energias que gastamos durante o dia, o sono também “limpa” os restos da atividade neural que são deixados para trás durante o dia a dia e podem ser prejudiciais. Mas agora, em uma nova pesquisa, pesquisadores descobriram algo curioso: este mesmo mecanismo de limpeza acontece também em cérebros que estão sendo privados do sono ou que têm dormido pouco. Mas com um porém: ao invés de limpar os restos das sinapses, estes cérebros começam a limpar as próprias sinapses e neurônios, em um processo que beira o canibalismo.

A equipe, liderada pela neurocientista Michele Bellesi, da Universidade Politécnica de Marche, na Itália, examinou a resposta do cérebro de mamíferos aos maus hábitos de sono e descobriu essa semelhança bizarra entre os ratos descansados ​​e sem sono. E o pior: a recuperação do sono pode não ser capaz de reverter os danos nos cérebros que passam a se alimentar de si mesmos.

Como as células em outras partes do corpo, os neurônios do cérebro estão sendo constantemente atualizados por dois tipos diferentes de células gliais, que funcionam como uma espécie de cola do sistema nervoso.

Umas delas, as células da microglia, são responsáveis ​​por limpar as células velhas e desgastadas através de um processo chamado fagocitose. Já os astrócitos removem as sinapses desnecessárias no cérebro para refrescar e remodelar sua fiação.

Sabemos que esse processo ocorre quando dormimos para limpar o desgaste neurológico do dia, mas agora parece que a mesma coisa acontece quando começamos a perder o sono. Mas ao invés de ser uma coisa boa, o cérebro começa a devorar partes saudáveis de si mesmo e se machucar.

“Mostramos pela primeira vez que porções de sinapses são literalmente comidas por astrócitos por causa da perda de sono”, conta Bellesi.

Para descobrir isso, os pesquisadores imaginaram os cérebros de quatro grupos de ratos: um grupo foi deixado para dormir por 6 a 8 horas (bem descansado); outro foi periodicamente acordado do sono (espontaneamente acordado); um terceiro grupo foi mantido acordado por mais 8 horas (privação de sono); e um grupo final foi mantido acordado por cinco dias seguidos (cronicamente privados de sono).

Quando os pesquisadores compararam a atividade dos astrócitos entre os quatro grupos, identificaram-na em 5,7% das sinapses dos cérebros de camundongos bem descansados ​​e em 7,3% dos cérebros de camundongos espontaneamente acordados.

Nos camundongos privados de sono e cronicamente privados de sono, eles notaram algo diferente: os astrócitos aumentaram sua atividade para realmente comer partes das sinapses, como as células microgliais comem resíduos – um processo conhecido como fagocitose astrocítica.

Nos cérebros de camundongos privados de sono, descobriu-se que os astrócitos estavam ativos em 8,4% das sinapses e, nos camundongos cronicamente privados de sono, 13,5% das sinapses apresentavam atividade astrocitária.

Segundo os pesquisadores, a maioria das sinapses que estavam sendo comidas nos dois grupos de camundongos privados de sono eram as maiores, que tendem a ser as mais antigas e mais usadas, o que provavelmente é uma coisa boa. “Elas são como móveis antigos e, portanto, provavelmente precisam de mais atenção e limpeza”, diz Bellesi.

Mas quando a equipe checou a atividade das células microgliais nos quatro grupos, eles descobriram que ela também aumentara no grupo cronicamente privado de sono. E isso é uma preocupação, porque a atividade microglial desenfreada está associada a doenças cerebrais como Alzheimer e outras formas de neurodegeneração.

“Descobrimos que a fagocitose astrocítica, principalmente de elementos pré-sinápticos em grandes sinapses, ocorre após a perda de sono aguda e crônica, mas não após a vigília espontânea, sugerindo que pode promover a limpeza e reciclagem de componentes desgastados de sinapses fortes e muito usadas”. os pesquisadores relatam.

“Por outro lado, apenas a perda crônica de sono ativa as células da micróglia e promove sua atividade fagocítica, sugerindo que a interrupção prolongada do sono pode estimular a microglia e talvez predispor o cérebro a outras formas de danos”.

Muitas questões permanecem. Não sabemos o que aconteceria se esse processo fosse replicado em cérebros humanos, nem se recuperar o sono pode reverter o dano. Mas o fato de que as mortes por Alzheimer aumentaram em incríveis 50% desde 1999, juntamente com a luta que muitos de nós têm para ter uma boa noite de sono, significa que isso é algo que precisamos entender logo. [Science Alert, New Scientist]

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por Jéssica Maes

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Estudo: cientistas identificam "neurônios da ansiedade", que podem desencadear a condição no cérebro

Um novo estudo americano da Universidade da Califórnia e da Universidade de Columbia descobriu células cerebrais especializadas em ratos que parecem controlar os níveis de ansiedade dos animais.

A descoberta poderia eventualmente levar ao desenvolvimento de melhores tratamentos para os transtornos de ansiedade, que afetam muitas pessoas em todo o mundo.

Isso é especialmente importante para o Brasil, tendo em vista que somos o país com a maior taxa de pessoas com transtornos de ansiedade no mundo todo. De acordo com estimativas da Organização Mundial da Saúde divulgadas ano passado, em fevereiro de 2017, 9,3% dos brasileiros têm algum transtorno de ansiedade.

Ansiedade clínica

Esse progresso é apenas o último avanço dos cientistas, que entendem cada vez melhor como a ansiedade funciona no cérebro.

“Se pudermos aprender o suficiente, podemos desenvolver as ferramentas para ligar e desligar as principais peças que regulam a ansiedade nas pessoas”, afirma Joshua Gordon, diretor do Instituto Nacional de Saúde Mental dos EUA, que ajudou a financiar a pesquisa.

A ansiedade clínica inclui condições diagnosticadas como transtorno da ansiedade generalizada, síndrome do pânico e transtorno da ansiedade social, e envolve uma preocupação excessiva que não desaparece – diferentemente de ficar ansioso ocasionalmente, o que acontece com todo mundo.

A descoberta

Os pesquisadores descobriram os neurônios ligados à ansiedade no hipocampo, uma área do cérebro que já era conhecida por desempenhar um papel na condição, bem como na navegação e na memória.

Eles fizeram isso estudando ratos ansiosos. Quando a ansiedade se manifesta nesses animais, eles tendem a ter medo de lugares abertos. Então, a equipe os colocou em um labirinto no qual alguns caminhos levavam a áreas abertas. Em seguida, monitorou a atividade das suas células cerebrais no fundo do hipocampo.

“E o que encontramos é que essas células se tornaram mais ativas sempre que o animal entrava em uma área que provoca ansiedade”, disse Mazen Kheirbek, da Universidade da Califórnia em São Francisco, um dos autores do estudo.

Esta atividade por si só, no entanto, não provava que as células estavam causando comportamento ansioso. Os cientistas queriam saber se manipulá-las poderia levar os animais a ficarem mais ou menos ansiosos.

Botão liga/desliga

A equipe encontrou uma maneira de controlar a atividade dessas células, utilizando uma técnica chamada optogenética.

Quando os pesquisadores diminuíram a atividade das células, os ratos ficaram menos ansiosos e começaram a explorar mais os locais abertos. Quando eles aumentaram essa atividade, os ratos ficaram mais ansiosos e não queriam explorar nada.

Embora essa parte do cérebro esteja com certeza relacionada à ansiedade, tais neurônios são provavelmente apenas uma parte de um circuito maior envolvido no comportamento.

Por exemplo, as células do hipocampo se comunicam com outra área cerebral chamada hipotálamo, que diz aos ratos quando evitar algo perigoso. Kheirbek disse que outras partes do “circuito de ansiedade” podem detectar odores ou sons perigosos.

De ratos para seres humanos

Os transtornos de ansiedade são incrivelmente prevalentes e nossos tratamentos atuais são, na melhor das hipóteses, parcialmente eficazes.

“As terapias que temos agora têm desvantagens significativas”, explica Kheirbek. “Este é outro alvo que podemos tentar para mover o campo para a frente e encontrar novas terapias”.

A pesquisa é muito promissora, mas está em estágio inicial e as descobertas de laboratório em animais nem sempre se revelam equivalentes em seres humanos. Os próximos passos da equipe nos darão mais respostas.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista científica Neuron. [NPR, Estadão]

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por Natasha Romanzoti

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Estudo ajuda a entender como o crescimento dos neurônios é regulado

Durante o desenvolvimento do sistema nervoso, os neurônios crescem e projetam seus axônios – ramificações pelas quais os impulsos nervosos são conduzidos – ao longo de um caminho bem definido. Neurocientistas tentam, há décadas, desvendar os fatores que orientam esse processo.

Diversos estudos demonstraram a importância de sinais químicos para guiar o trajeto neuronal. Algumas moléculas secretadas por células do tecido nervoso, entre elas as proteínas efrina e semaforina, podem repelir ou atrair os axônios para uma determinada direção.

Agora, um novo estudo, cujo resultado foi divulgado na revista Nature Neuroscience, revelou que o processo também é mediado por sinais mecânicos, relacionados com o grau de rigidez do tecido.

A pesquisa foi coordenada por Kristian Franze, professor da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e teve a participação de pesquisadores brasileiros, no âmbito de um Projeto Temático apoiado pela FAPESP.

“Nossos dados sugerem que os neurônios tendem a projetar os axônios para as regiões mais macias do tecido e evitar as áreas mais rígidas. Se conseguirmos entender melhor esse mecanismo, talvez seja possível encontrar meios de modular o crescimento e a regeneração neuronal, contribuindo, por exemplo, para o tratamento de lesões na medula espinhal e doenças neurodegenerativas”, disse Franze à Agência FAPESP.

As conclusões são baseadas em experimentos in vitro e in vivo conduzidos no Departamento de Fisiologia, Desenvolvimento e Neurociências da Universidade de Cambridge. A análise quantitativa das imagens registradas durante os experimentos foi feita com a colaboração com os brasileiros Matheus Viana e Luciano da Fontoura Costa, ambos do Instituto de Física de São Carlos (IFSC), da Universidade de São Paulo (USP).

Como modelo de estudo, o grupo usou embriões de sapos do gênero Xenopus, frequentemente adotados em investigações sobre crescimento neuronal. Os primeiros ensaios foram feitos in vitro com células ganglionares de embriões em estágio inicial de desenvolvimento.

“Essas células são, na verdade, neurônios existentes na retina desses animais. Durante o desenvolvimento embrionário, eles projetam os axônios para fora da retina e formam os nervos ópticos, que se cruzam formando uma estrutura chama quiasma óptico. Os axônios crescem por essa superfície e se curvam em direção à parte de trás da cabeça, conectando-se à região do cérebro onde os estímulos visuais serão processados”, contou Franze.

Conforme explicou o pesquisador, as células ganglionares foram cultivadas em um substrato feito de poliacrilamida, um tipo de hidrogel cuja rigidez pode ser controlada em laboratório.

Foram comparadas duas culturas – ambas expostas às mesmas substâncias químicas. A única diferença era a rigidez do substrato.

“Essas células crescem e começam a projetar os axônios em todas as direções. É impossível analisar isso a olho nu e, neste ponto, contamos com a ajuda da equipe brasileira”, contou Franze.

Todas as etapas do desenvolvimento celular foram registradas por meio de microscopia e analisadas na USP de São Carlos. “Com o auxílio de diversos softwares, como ImageJ e Fiji, monitoramos a velocidade e curvatura de crescimento dos neurônios", contou Fontoura.

Os resultados revelaram que, no substrato mais rígido, os axônios crescem mais rapidamente, ficam mais longos e mais retos. Já no substrato macio o crescimento é mais lento e exploratório, sendo que as ramificações se cruzam com maior frequência.

O passo seguinte foi acompanhar o desenvolvimento neuronal no modelo in vivo. Com auxílio de uma técnica conhecida como microscopia de força atômica, o grupo mediu a rigidez local em diferentes partes do cérebro dos embriões de sapo.

“Notamos que há diferentes gradientes de rigidez no tecido cerebral. Os neurônios evitam os locais mais rígidos e seguem em direção aos mais macios. Decidimos então reproduzir in vitro esses diferentes gradientes de rigidez e observamos que também em cultura as células crescem em direção às áreas mais macias do substrato”, disse Franze.

Sensor mecânico

Os experimentos seguintes tiveram o objetivo de descobrir por qual mecanismo os neurônios conseguem perceber as diferenças na rigidez no tecido. O grupo escolheu investigar a participação da proteína PIEZO1, que atua na membrana da célula como um canal iônico, ou seja, um poro pelo qual ocorre a troca de íons entre os meios extra e intracelular.

“PIEZO1 funciona como um sensor mecânico da célula. O canal se abre quando uma determinada força é aplicada sobre ele. Por meio de experimentos in vitro demonstramos que, quando esse canal é bloqueado, o padrão de crescimento dos neurônios se altera”, disse Franze.

Nos ensaios in vivo, feitos com animais geneticamente modificados para não expressar o gene que codifica PIEZO1, os cientistas notaram que os neurônios da retina não se desenvolvem de maneira adequada e não conseguem chegar até a região-alvo no sistema nervoso central.

No teste seguinte, o grupo usou microscopia de força atômica para pressionar levemente o tecido cerebral dos embriões de sapo, de modo a aumentar a rigidez no local. Cerca de seis horas depois, já era possível observar que os neurônios passaram a evitar a região, mudando o trajeto de crescimento.

Na avaliação de Franze, as descobertas abrem caminho para o desenvolvimento de técnicas para modular o crescimento e a regeneração neuronal, com possíveis aplicações terapêuticas.

“Por exemplo, se desejamos que os neurônios cresçam rapidamente em uma determinada região, ela deve ser rígida e tornar-se mais macia ao se aproximar do destino, para reduzir a velocidade de crescimento. Há diferentes formas de alterar a rigidez de um tecido in vivo e, dessa forma, alterar o padrão de crescimento neuronal”, avaliou.

Antes, no entanto, o pesquisador diz serem necessários mais estudos básicos, importantes para ampliar o entendimento sobre os mecanismos de sinalização mecânica.

“Pretendemos repetir esses experimentos com outras espécies animais e ver se os achados são semelhantes. Também vamos investigar se outros tipos celulares do tecido nervoso são mecanossensíveis, como os neurônios. Ainda há muito trabalho a fazer”, avaliou.

O artigo Mechanosensing is critical for axon growth in the developing brain (doi: 10.1038/nn.4394) pode ser lido em www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/full/nn.4394.html.

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por Karina Toledo

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