Uma mudança genética sensível ao tempo para características específicas do sexo dos neurônios em desenvolvimento

Os pesquisadores identificaram que a transcrição precisamente cronometrada de dois genes chamados grim e reaper é responsável pela morte direcionada de neurônios no sistema nervoso em desenvolvimento das moscas fêmeas. Este grupo de neurônios normalmente sobrevive nos homens e desempenha um papel fundamental nos circuitos neurais subjacentes ao canto do namoro.

Nascem mais células do que o necessário no adulto

Os neurônios são altamente especializados para desempenhar funções específicas. Por exemplo, os neurônios que inervam os músculos são extremamente longos, de modo que podem alcançar desde o sistema nervoso até seus alvos distantes no corpo, enquanto outros tipos de neurônios que se comunicam com células próximas são altamente ramificados e abrangem distâncias curtas.

Para construir um sistema nervoso funcional, você precisa do tipo certo de componentes e do número certo desses componentes. Um mecanismo chave que orquestra esse padrão é a morte celular programada durante o desenvolvimento.

A morte celular padroniza o sistema nervoso por deleção, garantindo que os números apropriados de subtipos específicos de neurônios estejam presentes, para que possam ser conectados posteriormente no desenvolvimento.

“Assim como Michelangelo esculpiu a estátua de David no gigantesco bloco de mármore conhecido como ‘o gigante’, os circuitos segmentais e específicos do sexo na mosca são esculpidos peça por peça a partir de neurônios em desenvolvimento usando morte celular programada. Apesar de décadas de trabalho nas moléculas que executam a morte celular programada, pouco se sabe sobre os mecanismos que controlam quando e onde isso acontece”, disse o Dr.

Os genes Grim e Reaper são essenciais para a criação do sistema nervoso adulto

Em um novo estudo, pesquisadores do King’s College London, do Centro de Neurobiologia do Desenvolvimento do IoPPN, investigaram como os neurônios em desenvolvimento recebem seus papéis futuros na mosca adulta.

Seu artigo, “Implantação específica de hemilinhagem dos genes pró-apoptóticos RHG reaper e sombrio durante a neurogênese esculpe o segmento e a composição da rede neural específica do sexo em Drosophila” foi publicado em Desenvolvimento.

Os pesquisadores descobriram que a transcrição de dois genes pró-morte, chamados reaper e grim, decide o destino das células, matando seletivamente aquelas que não serão necessárias no sistema nervoso adulto, em um processo conhecido como morte celular programada.

“Este trabalho é uma das coisas mais interessantes que surgiram em nosso laboratório. A estrutura conceitual que ele apresenta e suas implicações são surpreendentes. O trabalho nos dá uma visão da lógica de como as linhagens de neurônios podem ser ajustadas durante o desenvolvimento e na evolução, “comentou o Dr. Darren Williams, o autor sênior do estudo.

“Até agora, este tipo específico de morte celular tem sido largamente ignorado, apesar de remover mais de metade dos neurónios que nascem nas moscas”.

A mudança genética específica do tempo controla a morte seletiva de ‘neurônios musicais’ em mulheres

Usando rótulos fluorescentes e novas ferramentas genéticas, a equipe testou se as diferenças no sistema nervoso entre os sexos eram causadas por eventos de expressão genética cronometrados com precisão.

Em certas janelas durante o desenvolvimento, um subconjunto de neurônios nas moscas fêmeas morre. Esses neurônios são necessários em homens adultos para produzir a “canção de amor” que as mulheres ouvem durante o namoro.

Quando os investigadores removeram o reaper e o grim das moscas em desenvolvimento, este subconjunto de neurónios permaneceu nas fêmeas, mostrando que este processo de morte celular é fundamental na determinação das diferenças neurais entre os sexos.

A equipe também ativou artificialmente um gene que faz com que as moscas se transformem em fêmeas, em um pequeno número de neurônios nas moscas machos. Eles descobriram que isso “aumentou” os níveis de expressão sombrio e reaper e matou o mesmo tipo de neurônios que morrem naturalmente nas mulheres em desenvolvimento.

Essa mesma “ativação” de um programa de morte logo após o nascimento de um neurônio também esculpe diferenças regionais ao longo de todo o sistema nervoso. Compreender como tais padrões de morte são orquestrados durante o desenvolvimento é fundamental para compreender como os sistemas nervosos são construídos.

“Quando vimos que as diferenças entre os sistemas nervosos masculino e feminino eram reguladas por esse modo específico de morte em neurônios recém-nascidos, percebemos o quão crítico o tipo de morte é para esculpir circuitos neurais em desenvolvimento”, disse o Dr. Connor Sproston, primeiro autor do estudo.

A pesquisa foi realizada em colaboração com pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Tóquio.

“Ter a oportunidade de colaborar com o Laboratório Kondo realmente elevou o trabalho através da geração de novas ferramentas genéticas poderosas. Visitar o Dr. Kondo no verão de 2019 foi um destaque definitivo do meu tempo trabalhando no projeto”, disse o Dr.