A técnica de rastreamento de proteínas revela mudanças sinápticas durante o aprendizado

Uma equipe de pesquisadores de Harvard revelou uma maneira de mapear os fundamentos moleculares de como o aprendizado e as memórias são formados, uma nova técnica que deve oferecer informações que podem abrir caminho para novos tratamentos para distúrbios neurológicos, como demência.

“Esta técnica fornece uma lente sobre a arquitetura sináptica da memória, algo anteriormente inatingível com tantos detalhes”, disse Adam Cohen, professor de química e biologia química e de física e co-autora sênior do documento de pesquisa, publicado em Neurociência da natureza.

A memória reside em uma densa rede de bilhões de neurônios dentro do cérebro. Contamos com a plasticidade sináptica – o fortalecimento e a modulação das conexões entre esses neurônios – para facilitar o aprendizado e a memória.

As sinapses, ou as junções em que os neurônios se comunicam, colocam as bases para cada memória que formamos, desde uma melodia de infância até o rosto de um ente querido no que comemos no café da manhã.

Em seu novo artigo, a equipe detalhou sua nova técnica, apelidada de marcação de superfície extracelular de proteínas em neurônios (Epsilon), que se concentra no mapeamento das proteínas vitais para a transmissão de sinais nas conexões sinápticas no cérebro.

Essas proteínas específicas são chamadas de AMPARs e são consideradas participantes -chave na plasticidade sináptica, o processo que permite ao cérebro se adaptar e se reorganizar em resposta a novas informações.

Utilizando a marcação seqüencial com corantes especializados, a Epsilon permitiu aos pesquisadores monitorar os movimentos dessas proteínas em altas resoluções. Tradicionalmente, a compreensão desses fenômenos microscópicos detalhados exigia métodos mais invasivos. O uso de Epsilon para observar o comportamento da AMPARS nos neurônios representa um avanço científico significativo.

Este trabalho foi realizado por vários membros do laboratório de Cohen, incluindo o aluno de Harvard Griffin Gsas, Doyeon Kim e os estudiosos de pós-doutorado Pojeong Park, Xiuyuan Li, J. David Wong-Campos, He Tian e Eric M. Moult, além de cientistas do Instituto Médico Howard Hughes.

Uma combinação de rotulagem fluorescente e microscopia de ponta permitiu aos pesquisadores iluminar o comportamento sináptico em resolução sem precedentes. A precisão da técnica foi semelhante a destacar algumas das funções mais complexas do cérebro, permitindo que a equipe monitorasse as interações sinápticas críticas para o aprendizado.

Pesquisas anteriores sobre processos sinápticos geralmente careciam de tal granularidade, tornando as idéias de Epsilon particularmente valiosas para futuras explorações em doenças como a de Alzheimer, marcadas por disfunção sináptica que resulta em comprometimento da memória e aprendizado.

À medida que as mudanças sinápticas de memórias específicas surgiram com maior clareza, os padrões começaram a revelar regras que regem como o cérebro decide quais sinapses para tornar mais fortes ou mais fracos ao armazenar uma memória.

“Nosso avanço mais importante é o nosso método que pode mapear a história passada da plasticidade sintética no cérebro vivo”, disse Kim. “Podemos olhar para a história da plasticidade sináptica, estudando onde e quanto da potenciação sináptica ocorreu durante uma janela de tempo definida durante a formação da memória.

“Ao mapear a plasticidade sináptica ao longo do tempo em vários momentos, podemos realmente mapear a dinâmica das sinapses”, acrescentou Kim. “Também poderemos aplicar isso a diferentes tipos de memórias que têm diferentes padrões de plasticidade sináptica”.

A primeira aplicação da técnica já produziu resultados intrigantes. Ao aplicar o EPSilon para estudar camundongos em condicionamento contextual do medo-um processo que ajuda os animais a associar um contexto neutro a um estímulo indutor de medo-os pesquisadores foram capazes de demonstrar uma correlação entre os AMPARs e a expressão do produto gene precoce imediato CFOs, um sinal que nos diz quando as células cerebrais estão ativas.

Esses achados sugerem que o tráfico de AMPAR está intimamente ligado a traços duradouros de memória, ou engramas, dentro do cérebro, onde os neurônios específicos são ativados após as experiências de aprendizado.

Cohen credita o papel significativo e às vezes inesperado que a ciência básica pode desempenhar para alimentar o progresso, permitindo que seu estudo seja bem -sucedido.

“A tecnologia Halotag, usada para rotular proteínas, foi baseada em um gene descoberto em 1997 por um grupo de cientistas na Irlanda que estudavam uma bactéria do solo, que tinha uma capacidade incomum de quebrar os poluentes”, disse Cohen.

“É um arco de gerações da pesquisa básica que caracteriza o mundo natural para fazer descobertas que podem melhorar a saúde humana. Realmente precisamos apoiar todo o arco para progredir”.

Olhando para o futuro, Cohen está ansioso para ver como o Epsilon pode ser aplicado ainda mais para estudar numerosos fenômenos cognitivos e potencialmente melhorar as estratégias terapêuticas direcionadas a deficiências de memória.

“Já distribuímos a ferramenta molecular para laboratórios em todo o mundo, que agora estão começando a usar essas ferramentas para explorar como a força sináptica é regulada em sua pergunta e contexto favoritos”, disse ele.

Fornecido por Harvard Gazette

Esta história é publicada como cortesia do Harvard Gazette, jornal oficial da Universidade de Harvard. Para notícias adicionais da universidade, visite Harvard.edu.