Descoberto neurônio mestre que controla o movimento em vermes, importante para o tratamento de humanos

Pesquisadores da Sinai Health e da Universidade de Toronto descobriram um mecanismo no sistema nervoso da pequena lombriga C. Elegans que pode ter implicações significativas no tratamento de doenças humanas e no desenvolvimento da robótica.

O estudo, liderado por Mei Zhen e seus colegas do Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, foi publicado na Science Advances e revela o papel fundamental de um neurônio específico chamado AVA no controle da capacidade do worm de alternar entre avançar e retroceder.

É extremamente importante que os vermes rastejem em direção a fontes de alimento e rapidamente recuem do perigo. Esse comportamento, quando duas ações são mutuamente exclusivas, é típico de muitos animais, incluindo humanos, que não conseguem sentar e correr ao mesmo tempo.

Os cientistas acreditam há muito tempo que o controle do movimento em vermes é realizado por meio de ações mútuas simples de dois neurônios: AVA e AVB. Acreditava-se que o primeiro promovia o movimento para trás e o último o movimento para frente, cada um suprimindo o outro para controlar a direção do movimento.

No entanto, novos dados da equipe de Zhen desafiam essa noção, revelando uma interação mais complexa em que o neurônio AVA desempenha um papel duplo. Ele não apenas interrompe imediatamente o movimento para frente suprimindo o AVB, mas também mantém a estimulação AVB de longo prazo para garantir uma transição suave de volta ao movimento para frente.

Esta descoberta destaca a capacidade do neurônio AVA de controlar finamente o movimento por meio de diferentes mecanismos, dependendo de diferentes sinais e em diferentes escalas de tempo.

"Do ponto de vista da engenharia, este é um design muito econômico", diz Zhen, professor de genética molecular na Faculdade de Medicina Temerty da Universidade de Toronto. "A supressão forte e sustentada do circuito de feedback permite que os animais respondam a condições desfavoráveis e escapem. Ao mesmo tempo, o neurônio de controle continua a fornecer gás constante ao circuito de avanço para se mover para lugares seguros."

Jun Meng, um ex-aluno de doutorado no laboratório de Zhen que liderou o estudo, disse que entender como os animais fazem a transição entre esses estados motores opostos é essencial para entender como os animais se movem, bem como para pesquisar distúrbios neurológicos.

A descoberta do papel dominante do neurônio AVA oferece uma nova visão sobre o circuito neural que os cientistas têm estudado desde o advento da genética moderna, há mais de meio século. O laboratório de Zhen usou com sucesso tecnologia avançada para modular precisamente a atividade de neurônios individuais e registrar dados de vermes vivos em movimento.

Zhen, também professor de biologia celular e de sistemas na Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Toronto, enfatiza a importância da colaboração interdisciplinar nesta pesquisa. Meng conduziu os principais experimentos, e as gravações elétricas dos neurônios foram realizadas por Bing Yu, Ph.D., um aluno do laboratório de Shanban Gao na Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, na China.

Tosif Ahmed, um ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório de Zhen e agora um bolsista teórico no HHMI Janelia Research Campus nos Estados Unidos, liderou a modelagem matemática que foi importante para testar hipóteses e gerar novos conhecimentos.

AVA e AVB têm diferentes faixas e dinâmicas de potencial de membrana. Fonte: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002

Os resultados do estudo fornecem um modelo simplificado para estudar como os neurônios podem orquestrar múltiplas funções no controle do movimento, um conceito que pode ser aplicado a condições neurológicas humanas.

Por exemplo, a dupla função do AVA depende de seu potencial elétrico, que é regulado por canais iônicos em sua superfície. Zhen já está investigando como mecanismos semelhantes podem estar envolvidos em uma condição rara conhecida como síndrome CLIFAHDD, causada por mutações em canais iônicos semelhantes. As novas descobertas também podem informar o desenvolvimento de sistemas robóticos mais adaptáveis e eficientes, capazes de executar movimentos complexos.

"Das origens da ciência moderna até a pesquisa de ponta hoje, organismos modelo como C. Elegans desempenham um papel importante em desvendar a complexidade de nossos sistemas biológicos", disse Anne-Claude Gingras, diretora do Instituto de Pesquisa Lunenfeld-Tanenbaum e vice-presidente de pesquisa da Sinai Health. "Esta pesquisa é um ótimo exemplo de como podemos aprender com animais simples e aplicar esse conhecimento para avançar na medicina e na tecnologia."