Os investigadores identificam um novo mecanismo de neuroplasticidade ligado à aprendizagem e à memória

Os neurônios são importantes, mas não são os únicos envolvidos no processo. De fato, é a "cartilagem", na forma de aglomerados de moléculas da matriz extracelular, chamadas sulfatos de condroitina, localizada na superfície das células nervosas, que desempenha um papel fundamental na capacidade do cérebro de adquirir e armazenar informações.

Um estudo publicado na revista Cell Reports descreve um novo mecanismo para a plasticidade cerebral, ou seja, como as conexões neurais mudam em resposta a estímulos externos. O artigo se intitula "Aglomerados Focais da Matriz Perissináptica Promovem Plasticidade e Memória Dependentes da Atividade em Camundongos".

Este trabalho é resultado de uma colaboração entre a Harvard Medical School, a Universidade de Trento e o Centro Alemão de Doenças Neurodegenerativas (DZNE) em Magdeburg.

"As habilidades sensoriais e a capacidade de compreender o que nos cerca dependem da atividade cerebral, que nos permite perceber e processar estímulos do mundo exterior. Por meio do cérebro, somos capazes de adquirir e armazenar novas informações, bem como lembrar informações que já aprendemos", afirmam Yuri Bozzi e Gabriele Cellini.

Este fenômeno fascinante é possível graças à capacidade do cérebro de alterar continuamente a estrutura e a eficácia das conexões neurais (sinapses) em resposta a estímulos externos. Essa capacidade é chamada de plasticidade sináptica. Entender como as mudanças sinápticas ocorrem e como elas contribuem para o aprendizado e a memória é um dos maiores desafios da neurociência.

Yuri Bozzi é professor da Universidade de Trento e coautor principal do artigo. Gabriele Cellini é o primeiro autor do estudo. Cellini começou a trabalhar neste projeto em 2017 como pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Sabina Berretta (Hospital McLean e Escola Médica de Harvard, Boston) e concluiu a publicação científica enquanto trabalhava como pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Bozzi na Universidade de Trento.

No centro do estudo estão os sulfatos de condroitina, moléculas bem conhecidas por seu papel nas articulações e que também desempenham uma função importante na plasticidade cerebral, sendo parte integrante da matriz extracelular do cérebro, conforme descoberto originalmente pelo grupo do Dr. Alexander Dityatev em 2001.

Em 2007, um estudo japonês descreveu a presença de aglomerados de sulfato de condroitina, de formato arredondado e espalhados aparentemente aleatoriamente pelo cérebro. O trabalho foi esquecido, no entanto, até que o laboratório de neurociência translacional de Sabina Berretta trouxe as estruturas de volta aos holofotes científicos, renomeando-as como aglomerados CS-6 (de condroitina sulfato-6, que identifica sua composição molecular precisa) e demonstrando que as estruturas estão associadas às células gliais e são bastante reduzidas nos cérebros de pessoas com transtornos psicóticos.

Então, em 2017, Gabriele Cellini, recém-contratado no laboratório de Berretta, foi encarregado de descobrir a função desses aglomerados.

"Primeiramente, examinamos essas estruturas em detalhes, obtendo imagens em altíssima resolução. Descobrimos que eram essencialmente aglomerados de sinapses revestidas de CS-6, organizadas em uma forma geométrica claramente reconhecível. Em seguida, identificamos um novo tipo de organização sináptica", afirmam os cientistas.

"Nesse ponto, tivemos que ser um pouco 'criativos em experimentos'; usando uma combinação de abordagens comportamentais, moleculares e morfológicas sofisticadas, percebemos que esses compostos encapsulados em aglomerados de CS-6 mudam em resposta à atividade elétrica no cérebro."

"Finalmente, graças à colaboração com Alexander Dityatev da DZNE Magdeburg e aos esforços de Hadi Mirzapurdelawar do seu grupo, reduzimos a expressão de CS-6 no hipocampo (a região do cérebro responsável pelo aprendizado espacial) e demonstramos que a presença de CS-6 é necessária para a plasticidade sináptica e a memória espacial", apontam Bozzi e Cellini.

"Este trabalho abre caminho para uma nova maneira de observar a função cerebral. É possível que todas as sinapses formadas em diferentes neurônios dentro dos clusters CS-6 tenham a capacidade de responder em conjunto a estímulos externos específicos e participar de uma função comum voltada para os processos de aprendizagem e memória", observam.

"Eles parecem representar um novo substrato para integração de informações e formação de associações no nível multicelular", acrescentam Dityatev e Berretta.

Este trabalho é resultado da colaboração entre vários laboratórios, incluindo o Laboratório de Neurociência Translacional (Sabina Berretta; McLean Hospital - Harvard Medical School, Boston), o Laboratório de Pesquisa em Distúrbios do Neurodesenvolvimento (Yuri Bozzi; CIMeC - Centro Interdisciplinar de Ciência do Cérebro, Universidade de Trento) e o Laboratório de Neuroplasticidade Molecular (Alexander Dityatev; DZNE Magdeburg).