As propriedades mecânicas do cérebro influenciam a formação de sinapses e o desenvolvimento de sinais elétricos, segundo estudo

No cérebro, conexões altamente específicas chamadas sinapses ligam as células nervosas e transmitem sinais elétricos de maneira direcionada. Apesar de décadas de pesquisa, a forma como as sinapses se formam durante o desenvolvimento do cérebro ainda não é totalmente compreendida.

Agora, uma equipe de pesquisa internacional do Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, da Universidade de Cambridge e da Universidade de Warwick descobriu que as propriedades mecânicas do cérebro desempenham um papel significativo neste processo de desenvolvimento. Num estudo recentemente publicado em Comunicações da Naturezaos cientistas mostraram como a capacidade dos neurônios de detectar rigidez está relacionada aos mecanismos moleculares que regulam o desenvolvimento neuronal.

A formação de sinapses é regulada pela rigidez cerebral local

O cérebro em desenvolvimento é geralmente muito macio, como o cream cheese, mas sua rigidez varia entre as regiões. Em embriões de rã com garras africanas (Xenopus laevis), os investigadores descobriram que regiões mais macias apresentam densidades de sinapses mais elevadas, enquanto regiões mais rígidas apresentam densidades mais baixas.

Para testar se a rigidez afeta diretamente a formação de sinapses, a equipe liderada pelo Prof. Kristian Franze, chefe do Departamento de Mecânica Neural do MPZPM e professor da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg e da Universidade de Cambridge, endureceu artificialmente o cérebro e observou que o desenvolvimento das sinapses foi atrasado em todas as regiões. Os cientistas provaram assim que as propriedades mecânicas influenciam ativamente a rapidez e o local onde as sinapses são formadas no cérebro.

“Isso muda fundamentalmente a nossa compreensão de como o cérebro amadurece.” disse Franze.

“Até agora, a neurociência concentrou-se principalmente em como os sinais químicos moldam o desenvolvimento do cérebro. A consideração de sinais mecânicos fornece uma nova perspectiva sobre o desenvolvimento do cérebro e pode levar a novos insights sobre distúrbios do neurodesenvolvimento.” acrescenta a Dra. Eva Kreysing, principal autora do estudo e professora assistente da Universidade de Warwick.

Proteína mecanossensível atrasa a formação de sinapses em ambientes rígidos

Para entender como os neurônios se adaptam ao seu ambiente em nível molecular, a equipe estudou neurônios geneticamente alterados. Isso permitiu eliminar proteínas específicas dos neurônios e examinar processos como formação de sinapses e sinalização elétrica sob condições controladas.

Os cientistas descobriram que tanto a formação de sinapses quanto a atividade elétrica dependem da rigidez do ambiente. Os neurônios percebem essa rigidez através do canal iônico mecanossensível Piezo1.

Os investigadores mediram então a expressão de milhares de genes e descobriram que o Piezo1 atrasa o desenvolvimento neuronal em ambientes mais rígidos, reduzindo a expressão da transtirretina, uma proteína que recentemente demonstrou regular a formação de sinapses. Ao descobrir esta via, a equipa revelou como a detecção de rigidez está ligada a mecanismos moleculares que orientam o desenvolvimento neuronal.

“Essas descobertas destacam a importância dos sinais mecânicos no desenvolvimento do cérebro e apontam para o seu papel potencial nos distúrbios do neurodesenvolvimento”. concluiu a terceira autora principal, Thora Karadottir, da Universidade de Cambridge, que também contribuiu significativamente para o sucesso do projeto.

A cascata de sinalização identificada que controla o desenvolvimento dependente da rigidez das células nervosas oferece aos pesquisadores novas oportunidades para investigar distúrbios do desenvolvimento do sistema nervoso que podem levar a condições como esquizofrenia ou autismo.