Como os neurotransmissores trabalham juntos para detectar e discriminar odores

Uma hipótese de longa data em neurobiologia era que um único neurônio libera um único tipo de neurotransmissor, uma molécula usada pelos neurônios para se comunicarem entre si. Nas últimas décadas, descobriu-se que vários neurônios liberam mais de um neurotransmissor. Este fenômeno denominado cotransmissão está ganhando cada vez mais reconhecimento como um mecanismo molecular poderoso e versátil, útil para a regulação dinâmica de diversos circuitos neurais.

No entanto, precisamente como a cotransmissão afeta o disparo de neurônios-alvo e o comportamento geral de um animal ainda precisa ser elucidado.

Um estudo recente no laboratório do Dr. GABA) e dopamina – de um grupo específico de neurônios do bulbo olfatório modula a atividade de todo o circuito. Foi publicado em Relatórios de células.

Dissecando a cotransmissão em neurônios sSAC do bulbo olfatório de mamíferos

GABA e dopamina estão presentes e são co-transmitidos em muitas células cerebrais. O laboratório Arenkiel se concentrou em um tipo de neurônios inibitórios olfativos chamados células superficiais de axônios curtos (sSACs), que recebem informações de vários neurônios sensoriais olfativos.

“Para entender o papel dos sSACs na detecção e discriminação de odores, bloqueamos especificamente a liberação de GABA ou dopamina desses neurônios”, disse o autor principal, Dr. Ariel Lyons-Warren, cientista clínico do laboratório Arenkiel. “Usamos uma técnica genética bem estabelecida para gerar modelos de camundongos que não tinham a capacidade de liberar GABA, dopamina ou ambos”.

Usando um ensaio comportamental que depende da capacidade inata dos ratos para detectar alimentos escondidos, eles descobriram que os ratos que não possuem GABA e dopamina eram incapazes de detectar odores. A inibição de qualquer um desses neurotransmissores individualmente não levou a quaisquer prejuízos na detecção de odores. No entanto, os ratos nos quais a liberação de GABA ou dopamina foi bloqueada não conseguiram diferenciar pares de odores molecularmente semelhantes que os ratos normais poderiam distinguir facilmente.

“Com base nestas observações, concluímos que tanto o GABA como a dopamina são individualmente suficientes para detectar odores, ao passo que provavelmente agem cooperativamente entre si para discriminar odores semelhantes”, acrescentou o Dr. Lyons-Warren.

Descobrindo como a cotransmissão ajuda na detecção e discriminação de odores

Os sSACs recebem entradas de vários neurônios sensoriais olfativos e enviam esses sinais para células tufadas e células mitrais, os neurônios de saída primários que fazem sinapse com neurônios de células granulares presentes na camada mais profunda do bulbo olfatório. Assim, os sSACs fazem parte do circuito inicial do bulbo olfatório que ajuda a detectar, decodificar e processar informações olfativas que o cérebro recebe do ambiente externo.

Para compreender os circuitos neurais subjacentes e os mecanismos envolvidos na detecção e discriminação de odores, a equipe de Arenkiel começou a encontrar os alvos do GABA e da dopamina nos sSACs.

Primeiro, eles encontraram receptores de dopamina GABA e D1, que estão presentes em todo o bulbo olfatório e, mais importante, nos alvos conhecidos e novos dos sSACs estavam envolvidos na detecção de odores.

Usando o mapeamento de circuito assistido por canalrodopsina (CRACM), eles descobriram que, embora os sSACs estejam conectados a células tufadas externas por meio de receptores GABA e de dopamina, eles apenas liberam dopamina para células granulares. Além disso, eles descobriram que a liberação prejudicada de sSAC GABA ou dopamina afeta a frequência de disparo das células mitrais, o que por sua vez aumenta o número de glomérulos que respondem a um determinado odor e leva à redução da discriminação de odores.

“Este estudo fornece insights mecanicistas cruciais sobre a cotransmissão, especificamente no contexto do olfato, e mostra como esse tipo de neuromodulação esculpe respostas distintas a estímulos sensoriais”, disse o Dr. Arenkiel, que também é bolsista McNair.

“Isso também ilustra bem como a cotransmissão permite que um único tipo de célula monte respostas variadas aos mesmos estímulos, modulando diferencialmente diferentes neurônios-alvo. Dado que agora se sabe que a cotransmissão ocorre em vários tipos de células cerebrais, isso servirá como o base para futuras explorações sobre os efeitos neuromoduladores de múltiplos neurotransmissores no olfato, bem como em outros processos sensoriais.”