O estudo revela um mecanismo -chave para controlar a atividade dos reguladores de identidade neuronal

Uma equipe de pesquisadores identificou um mecanismo que regula a produção de duas proteínas diferentes do mesmo gene. Pesquisadores do Institute for Neurosciences, um centro conjunto do Conselho Nacional de Pesquisa Espanhola (CSIC) e da Universidade Miguel Hernández (UMH) de Elche, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Columbia (Nova York, EUA) realizaram seu estudo com o Nematode C. Elegans, um pequeno Worm amplamente utilizado em pesquisas biológicas.

A descoberta deles foi publicada recentemente na revista Genes e desenvolvimento e tem implicações para entender a identidade neuronal nos vertebrados, pois muitos dos mecanismos descobertos neste modelo também estão presentes em ratos, humanos e outras espécies.

O estudo, liderado pelo pesquisador Eduardo Leyva Díaz, chefe da linha de pesquisa emergente mecanismos moleculares de identidade neuronal no Instituto de Neurociências, revela que o gene CEH-44 (homólogo ao gene Cux1 em humanos e camundongos) dá origem a dois diferentes isoforms. Um atua como um fator de transcrição essencial para regular os genes neuronais, enquanto o outro codifica uma proteína transmembranar localizada no aparelho de Golgi, cuja função ainda é desconhecida.

“O aspecto mais surpreendente é que essa organização genética é conservada nos vertebrados, sugerindo que poderia desempenhar um papel fundamental na especificação neuronal em espécies mais complexas”, explica Leyva Díaz.

A identidade de uma célula determina sua morfologia e funções ao longo de sua vida. No caso dos neurônios, sua estrutura é particularmente única, pois uma vez formada durante o desenvolvimento, eles nunca mais se dividem. Isso implica que sua função deve ser mantida de forma estável ao longo de sua existência.

Para conseguir isso, os neurônios expressam um conjunto específico de genes que definem sua atividade nos circuitos cerebrais. Qualquer alteração nesse processo pode comprometer sua função e contribuir para o desenvolvimento de distúrbios neurológicos.

Este trabalho lança luz sobre como a identidade neuronal é estabelecida e mantida através de um mecanismo de emenda alternativo. A emenda é um processo essencial na expressão gênica, através da qual fragmentos não codificantes do RNA mensageiro são removidos para gerar proteínas funcionais. Em alguns casos, esse processo permite que um único gene produza proteínas diferentes, dependendo de como os fragmentos de RNA de codificação são montados.

A equipe identificou que a produção da versão neuronal da proteína CEH-44 depende de um fator de emenda conservado, chamado UNC-75 em C. elegans e Celf nos vertebrados. Esse mecanismo é essencial para a identidade neuronal, pois permite a produção seletiva de proteínas específicas no sistema nervoso.

“Demonstramos que a UNC-75/CELF atua como um regulador fundamental desse processo, promovendo a produção da isoforma neuronal enquanto suprime a alternativa não neuronal”, explica Leyva Díaz.

Um verme é a chave para entender o cérebro

Para desenvolver essa pesquisa, os especialistas usaram o modelo animal C. elegans, um pequeno nematóide amplamente utilizado na biologia devido à sua tracabilidade genética e ciclo de vida rápida. Apesar de sua aparente simplicidade, esse verme possui um sistema nervoso bem caracterizado, com 302 neurônios, cujas conexões sinápticas e de desenvolvimento foram mapeadas em detalhes.

“Trabalhar com C. elegans nos permite realizar modificações genéticas precisas de maneira rápida e reprodutível, facilitando a identificação de mecanismos conservados na regulação da identidade neuronal”, observa Leyva Díaz.

Além disso, sua transparência permite a visualização da expressão gênica em organismos vivos usando técnicas de fluorescência, que tem sido fundamental neste estudo. A equipe, que colaborou com o laboratório liderado pelo especialista em especificação neuronal Oliver Hobert na Columbia University (Nova York, EUA), usou ferramentas de edição de genes baseadas em CRISPR-CAS9 e técnicas avançadas de microscopia para caracterizar o mecanismo.

Os resultados do estudo abrem novos caminhos de pesquisa em neurociência de desenvolvimento. O próximo objetivo da equipe é determinar se esse mecanismo de splicing é conservado nos vertebrados e como isso pode afetar a formação de circuitos neuronais no cérebro.

“Sabemos que o CUX1 em humanos é essencial para a especificação de neurônios nas camadas superiores do córtex cerebral e para a formação do corpus caloso, mas ainda não sabemos como sua expressão é regulamentada”, diz Leyva Díaz. Compreender como a identidade neuronal é gerada e mantida é “crucial para decifrar o desenvolvimento do sistema nervoso e pode ter implicações nas patologias onde essa identidade é perdida”.