Molécula em Cerebelo Spurs Brain Cell vencedores e perdedores

A progranulina das células de Purkinje neutraliza o processo de poda no cerebelo.

A progranulina derivada das células de Purkinje (PCs) neutraliza a eliminação das sinapses e reforça a fibra de escalada (FC) mais forte (vencedora). A progranulina atua no desenvolvimento de sinapses da FC do 11º ao 16º dia pós-natal, independentemente da Semaforina 3A, outra molécula de sinalização retrógrada que neutraliza a eliminação da sinapse da FC. A progranulina derivada de PCs atua de forma retrógrada sobre o seu suposto receptor Sort1 nos FCs. Os FCs perdedores são mantidos pelo sinal progranulin-Sort1 e sinal Semaphorin3A-PlexinA4, mas são eventualmente eliminados por “sinais de eliminação”, como Semaphorin7A e fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF).

Fonte: 2018 Masanobu Kano.

Pela primeira vez, cientistas da Universidade de Tóquio identificaram que uma molécula derivada de células de Purkinje no cerebelo chamada progranulina reforça a fibra de escalada mais forte e neutraliza a eliminação de sinapses que normalmente ocorre no cérebro nascimento. Embora este estudo tenha sido conduzido em camundongos, os pesquisadores especulam que a disfunção da progranulina pode resultar na “poda” atípica de fibras nervosas e conexões que sustentam vários distúrbios neurológicos em humanos, que vão desde o autismo até a demência frontotemporal. Os resultados foram publicados em 01 de fevereiro de 2018, na revista Neuron.

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Durante o desenvolvimento inicial típico, cada célula de Purkinje está conectada a múltiplas fibras de escalada. À medida que o cerebelo saudável amadurece, as entradas sinápticas são tipicamente eliminadas, até que exista apenas uma entrada de fibra por célula de Purkinje. Tanto a eliminação de sinapses redundantes quanto a fortificação de importantes sinapses são fundamentais para otimizar nossos circuitos neurais tanto na vida quanto no esporte.

Infelizmente, certas mutações genéticas e fatores ambientais podem perturbar a poda e a plasticidade das células de Purkinje, o que pode resultar em conexões sinápticas em demasia, ou quase o suficiente. Estar em ambos os extremos desses extremos pode resultar em uma miríade de distúrbios neurológicos e neuropsiquiátricos.

Se o típico processo de poda neural for interrompido – e as funções cerebelares não se tornarem aerodinâmicas – as células de Purkinje podem facilmente entrar em curto-circuito devido a muito ruído de fundo e sobrecarga de informação. Isso ajuda a explicar por que a disfunção das células de Purkinje está na raiz de muitos sintomas observados no transtorno do espectro do autismo. (Para mais, veja “Autismo, Células Purkinje e Cerebelo Estão Entrelaçados.”)

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Idealmente, cada fibra de escalada fornece uma entrada excitante e excitatória para o cerebelo, o que desencadeia um poderoso pico de potencial pós-sináptico excitatório (EPSP) em sua célula Purkinje correspondente. Esta dinâmica faz com que a parceria das fibras de escalada e das células de Purkinje seja fundamental para o ajuste fino e a coordenação dos movimentos musculares utilizados nas atividades cotidianas, enquanto se toca um instrumento musical, servindo uma bola de tênis, etc.

Além de coordenar as habilidades motoras, há um crescente corpo de evidências mostrando que os sistemas de fibra de escalada aferentes desempenham um papel fundamental no processamento sensorial e tarefas cognitivas que freqüentemente funcionam independentemente da percepção consciente. (Para mais, veja “Como o cérebro inconscientemente domina habilidades automatizadas?”)

Usando um modelo de rato do cerebelo que foi modificado sem progranulina, Masanobu Kano e sua equipe do Kano Laboratory identificaram que as fibras de escalada foram mais rapidamente eliminadas na ausência dessa molécula (como visto nos diagramas acima).

“Entre as múltiplas fibras de escalada que inervam cada célula de Purkinje no cerebelo neonatal, uma única fibra de escalada é fortalecida e mantida durante toda a vida do animal, enquanto as outras fibras de escalada são enfraquecidas e eventualmente eliminadas”, disse Kano em um comunicado. “Nosso objetivo foi identificar uma nova molécula envolvida no fortalecimento e manutenção de insumos de fibra de escalada única.”

O princípio subjacente da neuroplasticidade é baseado em um tipo de “dar ou não darwinismo neural” que “fortalece ou enfraquece” as conexões sinápticas com base na finalidade de cada conexão. Assim como cultivar uma árvore Bonsai requer poda constante para redirecionar os nutrientes para fortalecer certos ramos, as conexões neurais são podadas ou nutridas por mecanismos moleculares complexos que reforçam ou neutralizam o crescimento.

Cerebelo (latim para “pequeno cérebro” ou “pequeno cérebro”) em vermelho. “Cerebelo” é a palavra irmã para “cerebral” e significa “relacionado a ou localizado no cerebelo”.

Fonte: Wikipedia / Life Sciences Database

Quais são as origens do darwinismo neural e do conceito de poda neural?

Um dos pioneiros originais do darwinismo neural foi o pesquisador ganhador do Prêmio Nobel, Gerald Edelman. Em 1978, Edelman foi co-autor de um livro seminal, The Mindful Brain: Cortical Organization e The Group-selective Theory of Higher Brain Function (MIT Press) com Vernon B. Mountcastle da Johns Hopkins School of Medicine, que muitos consideram o “pai do Neurociência. ”

A teoria da “seleção de grupos neuronais” tem três componentes principais:

1. Seleção do desenvolvimento: A conectividade funcional anatômica no cérebro é um evento “mecanoquímico” seletivo que ocorre em um nível epigenético durante o desenvolvimento inicial.

2. Seleção experiencial: Experiências comportamentais pós – natais fortalecem ou enfraquecem as conexões sinápticas entre os grupos neuronais.

3. Reentrada: com o tempo, vários graus de amplificação de um “coro neuronal” facilitam a precisão espaço-temporal em resposta a interações do mundo real.

“Fan chinês” Aparência de Purkinje Cells faz deles altamente distintivo

As células de Purkinje (que são os maiores e mais distintos neurônios do cérebro humano) são nomeadas em homenagem a Johannes Purkinje. Ele identificou pela primeira vez esses neurônios em forma de leque e suas fibras em 1837. O Dr. Purkinje também foi a primeira pessoa a identificar que cada ser humano tem impressões digitais únicas. Ele tinha uma queda por desmascarar coisas aparentemente óbvias que todos os outros tendiam a ignorar.

Desenho de células de Purkinje (A) e células granulares (B) de pombo cerebelo por Santiago Ramón y Cajal. Esta ilustração é reimpressa na p. 120 de “O Caminho do Atleta: Suor e a Biologia da Felicidade” (St. Martin’s Press) em uma seção legendada: “Células Purkinje: A chave para a memória muscular”.

Fonte: Santiago Ramón y Cajal, 1899. Instituto Santiago Ramón y Cajal, Madri, Espanha

Através da lente do esporte e do desempenho físico máximo, é importante que os atletas estejam cientes do papel central que as células de Purkinje e o cerebelo desempenham no domínio de habilidades motoras afinadas e da memória muscular implícita.

A Hipótese de “Dismetria do Pensamento” de Schmahmann: Um Trocador de Jogo Cerebelar

Historicamente, a maioria dos especialistas acreditava que o cerebelo e as células de Purkinje não desempenhavam um papel nos processos cerebrais não motores. Dito isso, essa percepção equivocada e antiquada do nosso “pequeno cérebro” e das células de Purkinje está evoluindo rapidamente.

Há uma quantidade crescente de evidências do século XXI para apoiar a revolucionária hipótese de “Dismetria do Pensamento” de Jeremy Schmahmann (1998), que postula regiões específicas do tom fino do cerebelo e coordena nosso pensamento da mesma maneira que outras regiões do o cerebelo afina e coordena os movimentos musculares.

Schmahmann é professor de neurologia no Massachusetts General Hospital da Harvard Medical School e líder visionário na ataxia e no cerebelo. O lema de sua fundação MINDlink é “Conectar o cerebelo à cura”.

“Síndrome de Schmahmann” (também conhecida como “Síndrome Afetiva Cognitiva Cerebelar” ou CCAS) refere-se a déficits nos domínios cognitivos da função executiva, cognição espacial, linguagem e comportamento que se originam de danos ao cerebelo.

A mais recente descoberta sobre células de Purkinje, progranulina e darwinismo neural de Kano et al. é significativo, porque os pesquisadores identificaram uma molécula específica que pode reforçar ou neutralizar os “vencedores” e “perdedores” da fibra durante o processo de poda do cerebelo.

“Nossos resultados fornecem uma nova visão sobre os papéis da progranulina no cérebro em desenvolvimento”, disse Kano. “Continuaremos a pesquisar moléculas envolvidas na eliminação de sinapses no cerebelo em desenvolvimento e, em última análise, queremos elucidar cascatas de sinalização inteiras para a eliminação de sinapses.”

Pesquisas futuras de Masanobu Kano e sua equipe se concentrarão em como manipular efetivamente a molécula de progranulina. Embora tanto sobre o cerebelo e as células de Purkinje permaneça um mistério, os pesquisadores do laboratório de Kano estão otimistas de que intervenções de um dia que influenciam a sinalização de progranulina poderiam ajudar a tratar uma ampla gama de distúrbios neurológicos e neuropsiquiátricos.

Referências

Naofumi Uesaka, Manabu Abe, Kohtarou Konno, Maya Yamazaki, Kazuto Sakoori, Takaki Watanabe, Tzu-Huei Kao, Takayasu Mikuni, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura e Masanobu Kano. “Sinalização retrógrada de progranulina para ordenação1 neutraliza a eliminação de sinapses no desenvolvimento do cerebelo.” (Publicado em 1 de fevereiro de 2018) Neurônio DOI: 10.1016 / j.neuron.2018.01.018

Jeremy D. Schmahmann e Janet C. Sherman. “A Síndrome Afetiva Cognitiva Cerebelar.” Cérebro: Um Jornal de Neurologia (1998) DOI: 10.1093 / brain / 121.4.561

Schmahmann, Jeremy D. “Dismetria do Pensamento: Conseqüências Clínicas da Disfunção Cerebelar na Cognição e no Afeto.” Tendências em Ciências Cognitivas (1998) DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2