Estudo descreve um programa genético regulado pela atividade subjacente à formação de sinapses durante o desenvolvimento

Sinapses são junções por meio das quais os neurônios se comunicam entre si ou com outros tipos de células. As sinapses são formadas ao longo da vida de uma pessoa, mas sua força e números mudam ao longo do tempo, um fenômeno conhecido como plasticidade sináptica.

Embora estudos anteriores de neurociência tenham lançado muita luz sobre a composição e a função das sinapses, os mecanismos genéticos que orquestram sua formação permanecem mal compreendidos. Descobertas experimentais sugerem que a atividade dos neurônios desempenha um papel fundamental na formação de sinapses, mas a interação entre essa atividade e os mecanismos genéticos permanece amplamente inexplorada.

Pesquisadores da Universidade de Stanford, da Universidade Stony Brook e de outros institutos nos EUA realizaram recentemente um estudo com o objetivo de preencher essa lacuna na literatura, examinando neurônios dopaminérgicos do organismo multicelular Caenorhabditis elegans. Seu artigo, publicado em Neurociência da Naturezarevela um programa genético robusto que pode fundamentar a formação de sinapses por meio da atividade neuronal.

“Embora a composição molecular e a arquitetura das sinapses tenham sido amplamente exploradas, muito menos se sabe sobre quais programas genéticos ativam diretamente a expressão gênica sináptica e como eles são modulados”, escreveram Callista Yee, Yutong Xiao e seus colegas em seu artigo. “Usando neurônios dopaminérgicos de Caenorhabditis elegans, revelamos que EGL-43/MECOM e FOS-1/FOS controlam um programa de sinaptogênese dependente de atividade.”

Yee, Xiao e seus colegas propuseram a ideia de que os genes sinápticos são controlados por dois mecanismos diferentes. Um deles consiste em programas que regulam os padrões de expressão genética durante o desenvolvimento, enquanto o outro depende da atividade neuronal.

O estudo recente deles teve como objetivo entender melhor como esses dois mecanismos diferentes convergem para dar suporte à formação de sinapses durante o desenvolvimento. Para fazer isso, eles realizaram experimentos em Caenorhabditis elegans, um pequeno verme redondo que é frequentemente usado como organismo modelo em pesquisa biológica.

Os pesquisadores modularam a atividade de neurônios dopaminérgicos neste organismo usando técnicas optogenéticas e quimogenéticas, para então observar como isso impactou a expressão de proteínas pré-sinápticas. Os resultados que eles coletaram sugerem que a atividade neuronal desempenhou um papel fundamental na formação de sinapses.

Subsequentemente, a equipe se propôs a identificar programas genéticos regulados por atividade neuronal que impulsionam a formação de sinapses. Isso os levou a descobrir dois genes/proteínas que controlam um processo regulado por atividade através do qual novas sinapses são formadas, a saber, EGL-43/MECOM e FOS-1/FOS.

“A perda de qualquer um dos fatores reduz severamente a expressão da proteína pré-sináptica”, escreveram os pesquisadores. “Ambos os fatores se ligam diretamente aos promotores de genes sinápticos e agem em conjunto com os fatores de transcrição homeobox CUT para ativar a transcrição. egl-43 e fos-1 promovem mutuamente a expressão um do outro e o aumento da afinidade de ligação de FOS-1 ao locus egl-43 resulta em aumento da expressão da proteína pré-sináptica e função sináptica. EGL-43 regula a expressão de múltiplos fatores de transcrição, incluindo fatores regulados por atividade e fatores de desenvolvimento que definem múltiplos aspectos da identidade dopaminérgica.”

O trabalho recente desta equipe de pesquisa demonstra um mecanismo através do qual a atividade neuronal modula programas genéticos que controlam a formação de sinapses em Caenorhabditis elegans. Embora esse mecanismo tenha sido observado até agora apenas em neurônios dopaminérgicos, a equipe acredita que mecanismos semelhantes também existam em diferentes tipos de neurônios.

Em seus próximos estudos, eles planejam estudar como o programa genético que eles descobriram é regulado ao longo do tempo. Além disso, eles poderiam explorar como esse programa interage com outros processos moleculares para dar suporte à expressão de genes sinápticos.

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