Descoberto o principal neurónio que controla o movimento nos vermes, importante para o tratamento humano

Pesquisadores do Sinai Health e da Universidade de Toronto descobriram um mecanismo no sistema nervoso do pequeno verme C. elegans que pode ter implicações significativas para o tratamento de doenças humanas e o desenvolvimento da robótica.

O estudo, liderado por Mei Zhen e colegas do Instituto de Pesquisa Lunenfeld-Tanenbaum, foi publicado na revista Science Advances e revela o papel fundamental de um neurônio específico chamado AVA no controle da capacidade do verme de alternar entre o movimento para frente e para trás.

É essencial que as minhocas rastejem em direção às fontes de alimento e recuem rapidamente do perigo. Esse comportamento, em que as duas ações são mutuamente exclusivas, é típico de muitos animais, incluindo humanos, que não conseguem sentar e correr ao mesmo tempo.

Há muito tempo, os cientistas acreditam que o controle do movimento em vermes é realizado pela simples interação de dois neurônios: AVA e AVB. Acreditava-se que o primeiro promovia o movimento para trás, o segundo, para frente, com cada um inibindo o outro para controlar a direção do movimento.

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

Esta descoberta destaca a capacidade do neurônio AVA de controlar com precisão 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 projeto muito econômico", diz Zheng, professor de genética molecular na Faculdade de Medicina Temerty da Universidade de Toronto. "A inibição forte e sustentada do ciclo de feedback permite que o animal responda a condições adversas e escape. Ao mesmo tempo, o neurônio de controle continua a bombear um gás constante para o ciclo de avanço para se mover para locais seguros."

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

A descoberta do papel dominante do neurônio AVA oferece novos insights sobre os circuitos neurais que os cientistas estudam desde o advento da genética moderna, há mais de meio século. O laboratório de Zheng utilizou com sucesso tecnologia de ponta para modular com precisão 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 neste estudo. Meng conduziu os principais experimentos, e as gravações elétricas dos neurônios foram realizadas por Bin Yu, aluno de doutorado no laboratório de Shangbang Gao na Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, na China.

Tosif Ahmed, ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório de Zheng e agora bolsista de teoria no Janelia Research Campus do HHMI nos EUA, liderou a modelagem matemática que foi importante para testar hipóteses e obter novos insights.

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

As descobertas do estudo fornecem um modelo simplificado para estudar como os neurônios podem gerenciar múltiplas funções no controle do movimento — um conceito que também pode ser aplicado às condições neurológicas humanas.

Por exemplo, o duplo papel do AVA depende de seu potencial elétrico, que é regulado por canais iônicos em sua superfície. Zheng 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 subsidiar o projeto de sistemas robóticos mais adaptativos e eficientes, capazes de realizar movimentos complexos.

“Desde as origens da ciência moderna até a pesquisa de ponta atual, organismos-modelo como o C. elegans desempenharam um papel importante na descoberta da complexidade dos nossos sistemas biológicos”, disse Anne-Claude Gingras, diretora do Instituto de Pesquisa Lunenfeld-Tanenbaum e vice-presidente de pesquisa da Sinai Health. “Este estudo é um ótimo exemplo de como podemos aprender com animais simples e aplicar esse conhecimento para o avanço da medicina e da tecnologia.”