Estudo revela como o cérebro de predadores organiza a caça

Em artigo na Cell, pesquisadores demonstraram que o núcleo central da amígdala é a região responsável por articular as diferentes habilidades envolvidas na perseguição e no abate de presas

© WIKIMEDIA COMMONS

A caça predatória, da qual muitos animais selvagens dependem para sobreviver, é considerada por estudiosos do cérebro um comportamento complexo, pois envolve diferentes habilidades que precisam ser exercidas de maneira eficiente e articulada para que o predador obtenha sucesso.

Por meio de experimentos com camundongos, pesquisadores brasileiros e norte-americanos conseguiram demonstrar que uma região cerebral conhecida como núcleo central da amígdala é a responsável por organizar as ações envolvidas na caça predatória. Mostraram ainda que isso ocorre por meio de duas redes neuronais distintas: uma que organiza a perseguição e a captura da presa e, outra, o controle motor da mandíbula e do pescoço necessário para que o predador consiga desferir a mordida fatal.

Os resultados do estudo, apoiado pela FAPESP, foram divulgados  quinta-feira (12/01) na revista Cell.

“A maneira modular pela qual o controle é exercido é relevante. O trabalho dá detalhes novos sobre o controle neural de músculos craniofaciais, o que pode contribuir para o entendimento de patologias que afetam essa região. Além disso, aplicações práticas no campo da engenharia, especialmente no que se refere ao desenvolvimento de algorítmica robótica, estão sendo consideradas”, disse Ivan de Araujo, professor de Psiquiatria da Escola de Medicina de Yale, nos Estados Unidos.

Em seu laboratório, Araujo se dedica a estudar as bases neurais do comportamento alimentício de mamíferos. A parceria com o professor Newton Canteras, do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo (ICB-USP), surgiu devido ao interesse em compreender como é controlada a busca de alimentos em condições próximas às enfrentadas na natureza. Em trabalhos anteriores, o grupo do ICB-USP havia mostrado que uma forte ativação do núcleo central da amígdala ocorria quando o animal estava caçando.

“Considerando a experiência de Canteras em comportamento de caça e a visita de membros de seu grupo a meu laboratório, resolvemos aplicar o modelo de predação de insetos a camundongos geneticamente modificados”, contou Araujo.

Parte do trabalho foi feita durante o pós-doutorado de Simone Motta e o doutorado de Miguel Rangel – ambos bolsistas da FAPESP e orientandos de Canteras. Também colaborou a professora aposentada do Departamento de Fisiologia do ICB-USP Sara Shammah-Lagnado.

Interrogando neurônios

Diversos experimentos e técnicas foram empregados com o intuito de “interrogar” os neurônios da amígdala central e, assim, descobrir as vias envolvidas no controle das ações da caça predatória. Conforme explicou Motta, uma das mais importantes foi a optogenética, que permite ativar e desativar neurônios quase instantaneamente por meio de estímulos luminosos.

“Por meio de um vetor viral, inserimos nos neurônios da região de interesse uma proteína que atua como receptor celular e faz com que esse neurônio passe a responder à luz. Dependendo do receptor inserido, o neurônio pode ser ativado ou desativado com o estímulo luminoso. Além disso, inserimos uma fibra óptica que leva o laser ao local. O tempo decorrido entre ligar ou desligar o laser e o neurônio ser ativado ou desativado é muito curto e, portanto, permite relacionar a função neuronal com o que estamos observando em termos comportamentais”, explicou Motta.

É possível usar a mesma lógica de modificação do neurônio por vetores virais para tornar o processo de ativação e desativação ainda mais específico – discriminando, por exemplo, neurônios glutamatérgicos (que liberam o neurotransmissor glutamato) e neurônios gabaérgicos (que secretam o ácido gama-aminobutírico).

“Alguns experimentos foram feitos com animais que expressavam a enzima Cre recombinase apenas em neurônios glutamatérgicos, por exemplo. Em seguida, inserimos um vírus Cre dependente que leva o receptor sensível à luz apenas àqueles neurônios marcados com a enzima. Assim, conseguimos ativar ou desativar apenas a população de neurônios glutamatérgicos para descobrir o que acontece”, disse Motta.

Outra possibilidade é causar a morte seletiva de uma determinada população de neurônios por meio da injeção de um vírus Cre dependente capaz de codificar uma proteína chamada caspase, que sinaliza para a célula entrar em apoptose (morte celular programada).

Todo esse conjunto de experimentos permitiu mapear as duas diferentes vias neuronais – ambas mediadas por neurônios gabaérgicos – que se complementam na organização da caça. Uma delas vai do núcleo central da amígdala para uma região do tronco cerebral conhecida como formação reticular pontina (PCRt, na sigla em inglês).

Ali estão neurônios que se projetam para a região motora do núcleo ambíguo do décimo primeiro par de nervos – que controla a movimentação da cabeça – e para a região motora do nervo trigêmeo – envolvido na movimentação da mandíbula.

“Os experimentos mostraram, por exemplo, que, se eliminarmos os neurônios que se projetam para a região motora do trigêmeo, o animal corre atrás da presa, mas não consegue dar a mordida necessária para fazer o abate. Por outro lado, continua a mastigar normalmente a ração oferecida no laboratório, mostrando que é outro circuito neuronal que controla esse comportamento alimentar”, contou Motta.

A segunda via parte do núcleo central da amígdala para a substância cinzenta paraquedutal (PAG, na sigla em inglês). Localizada no mesencéfalo, a PAG se projeta para a medula espinhal e orienta a corrida e a perseguição.

“Quando os neurônios dessa via foram eliminados, o tempo de latência para o animal começar a caçar aumentou fortemente. Porém, quando conseguia capturar a presa, ele a abatia sem dificuldades, pois a via da PCRt estava funcionando normalmente”, disse Motta.

Em outro experimento foi avaliada a força da mordida, que não se alterou quando foram eliminados neurônios da via PAG, mas diminuiu fortemente quando os neurônios da via PCRt foram mortos.

Quebra de paradigmaNa avaliação de Canteras, os resultados da pesquisa contribuem para quebrar um paradigma antigo na área de neurociências: o de que a amígdala central é a região responsável por organizar comportamentos relacionados ao medo – como, por exemplo, “congelar” diante de um predador maior ou virar de barriga para cima e demonstrar submissão a um membro hierarquicamente superior da mesma comunidade.

Nos experimentos iniciais, mostrou-se que, quando o núcleo central da amígdala era estimulado pela luz, em vez de surgirem comportamentos defensivos – que indicariam medo – os animais começavam a mastigar, mesmo sem ter qualquer alimento na boca.

“Mostramos agora, de forma cabal, que esse [núcleo central da amígdala] é um centro para organizar comportamentos de caça. E, nesse sistema, pode haver mecanismos que façam o animal parar de caçar em condições ambientais adversas. Então, o que antes se interpretou como medo, poderia ser apenas um sinal para o animal parar de caçar por falta de condições favoráveis”, avaliou Canteras.

Assista  o vídeo realizado pelo Núcleo de Divulgação Científica da USP no site abaixo:

https://www.youtube.com/watch?v=P6kuA9LVD1M&feature=youtu.be

Artigo científicoWENFEI, H et al. Integrated Control of Predatory Hunting by the Central Nucleus of the Amygdala. Cell. v. 168, p. 311-24. 12 jan. 2017

Fonte: Revista Fapesp on line - jan/2017 

Por: Karina Toledo

Desacoplamento de neurônios pode ser estratégia de neuroproteção

Experimento feito na UFABC mostra que é possível deter o espalhamento da morte celular a partir da reversão do acoplamento entre as células nervosas, que normalmente é responsável pelas sinapses elétricas

Agência FAPESP – Além das conhecidas sinapses químicas – que permitem a interação entre as células nervosas, envolvendo neurotransmissores e receptores –, os neurônios também se comunicam com sinapses elétricas. Nesse tipo de sinapse, correntes de íons passam diretamente de uma célula a outra por meio de canais conhecidos como “junções comunicantes”, produzindo um acoplamento entre os neurônios.

Uma pesquisa realizada por pesquisadores brasileiros mostrou que desacoplar os neurônios pode ser uma estratégia simples e eficaz para a neuroproteção – isto é, interromper processos de morte celular relacionados a doenças neurodegenerativas como Parkinson, Alzheimer e epilepsia.

O estudo, publicado na revista PLoS One, foi liderado pelo professor Alexandre Kihara, coordenador da pós-graduação em Neurociência e Cognição da Universidade Federal do ABC (UFABC). O trabalho foi realizado com apoio da FAPESP por meio do Programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes.

Além de Kihara, participaram da pesquisa seus orientandos de doutorado Vera Paschon e Guilherme Higa – ambos bolsistas da FAPESP –, além dos professores Luiz Roberto Britto, do Departamento de Fisiologia e Biofísica do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP), e Rodrigo Resende, do Departamento de Bioquímica e Imunologia da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).

Segundo Kihara, embora sejam historicamente menos estudadas que as sinapses químicas, sabe-se hoje que as sinapses elétricas são fundamentais em diversas funções fisiológicas e cognitivas, como desenvolvimento, aprendizado, memória e percepção. Estudos recentes têm mostrado, também, que a participação das junções comunicantes no acoplamento entre os neurônios está relacionada com o espalhamento da apoptose, ou morte celular.

“Na apoptose, que é um processo comum a todas as doenças neurodegenerativas, o neurônio altera sua programação interna para ‘se suicidar’. Ocorre que, se um neurônio em apoptose estiver acoplado com um neurônio sadio – como mostra nosso estudo –, esse acoplamento permite a passagem de determinadas moléculas que aumentam a probabilidade de o neurônio sadio entrar em apoptose também”, disse Kihara à Agência FAPESP.

Segundo Kihara, no entanto, os cientistas ainda estão investigando quais são as moléculas envolvidas no espalhamento da apoptose por meio do acoplamento entre os neurônios. Além de tradicionais segundos mensageiros – como IP3, um importante sinalizador de cálcio – , o grupo da UFABC levanta a hipótese de que os microRNAs (miRNAs) podem estar envolvidos no processo.

“Os miRNAs regulam negativamente a tradução e representam uma camada adicional de controle entre o RNAm e as proteínas. A proposta de que miRNAs possam trafegar por junções comunicantes é considerada muito ousada. No entanto, ninguém conseguiu levantar argumentos concretos contra a hipótese, enquanto nós já temos alguns indícios a favor”, disse Kihara.

Para que ocorra um trânsito de moléculas entre as células, não basta que elas estejam acopladas. É preciso também que existam gradientes – isto é, que um dos neurônios acoplados tenha uma concentração de moléculas maior que o outro. Sendo assim, os pesquisadores usaram a estratégia de gerar gradientes a partir de lesões feitas com agulhas finíssimas nas retinas de galos.

A lesão era focada o suficiente para produzir a morte celular em um ponto específico do tecido, sem afetar o entorno, gerando um gradiente. Esse acoplamento foi manipulado farmacologicamente com diversas drogas. Quando os fármacos desacoplavam os neurônios, os pesquisadores observaram uma redução do espalhamento da morte celular.

“A estratégia foi produzir uma lesão aguda e localizada, com o intuito de gerar gradientes de concentração no tecido, para em seguida desacoplar bioquimicamente os neurônios. Para isso, uma dupla abordagem foi realizada, combinando lesões de retina in vivo e explantes de retina, modelo in vitro, mais adequado que as tradicionais culturas de células”, explicou Kihara.

Aplicação potencial

A estratégia de neuroproteção utilizando diferentes moléculas que desacoplam neurônios foi também capaz de regular negativamente genes pró-apoptóticos como as caspases. “A estratégia se mostrou tão eficiente que foi reproduzida in vivo, resultando em diminuição da área afetada e da morte neuronal”, disse Kihara.

“Mostramos também que os neurônios que estão em apoptose mantêm a expressão de conexinas – que são proteínas responsáveis por formar os canais de junções comunicantes, permitindo a ocorrência do acoplamento. Isso é importante, porque assim pudemos eliminar a hipótese de que um neurônio em processo de apoptose pudesse deixar de expressar as proteínas que formam o canal de acoplamento”, disse.

Segundo Kihara, a partir de agora os estudos irão investigar a hipótese de que os miRNAs transitem pelos canais de junções comunicantes e participam do processo de espalhamento da apoptose entre células acopladas.

A equipe que trabalhará com essa hipótese terá a participação de Erica de Sousa, aluna de graduação da UFABC e autora de um capítulo sobre miRNAs no livro Sinalização de Cálcio: Bioquímica e Fisiologia Celulares, que será lançado no início de outubro, no 1º Simpósio Brasileiro de Sinalização de Cálcio: Bioquímica e Fisiologia Celulares, na UFMG.

De acordo com Kihara, os estudos continuarão também a explorar as possibilidades de utilizar o desacoplamento de neurônios como estratégia de neuroproteção, com potencial aplicação no tratamento de doenças neurodegenerativas.

“Continuaremos investigando como e quando fazer isso de forma mais eficiente dependendo da doença. Mas acreditamos que uma nova porta foi aberta para estudos em neurodegeneração”, disse.

O artigo Blocking of Connexin-Mediated Communication Promotes Neuroprotection during Acute Degeneration Induced by Mechanical Trauma, de Vera Paschon e outros, pode ser lido na PLoS One em www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0045449

Fonte: Revista Fapesp por Fábio de Castro

E com muito orgulho compartilhamos com todos,  que apesar de não terem participado diretamente deste estudo a Biomedicina Metodista se faz presente neste importante grupo de pesquisa da UFABC liderado pelo Dr. Alexandre Kihara. 

Nossas representandes são: Dra. Érika Reime Kinjo que faz seu pós-doutorado e a aluna de Iniciação Científica Bianca A. Santos, que em breve estará no mestrado! Parabéns!!!!!!

ORGULHO DE SER BIOMEDICINA METODISTA!