Descoberto novo tipo de célula cerebral, o astrócito glutamatérgico, que atua como um híbrido de neurônios e glia

Foi descoberto um novo tipo de célula cerebral, chamada astrócito glutamatérgico. Ela se comporta como um híbrido de neurônios e glia, e pode explicar como algumas doenças neurodegenerativas, como o Parkinson, se desenvolvem. Os achados foram publicados na revista Nature.

As células cerebrais podem ser amplamente categorizadas em dois tipos: neurônios e glia. Considera-se normalmente que os neurônios se comunicam entre si através das sinapses, ou junções, entre eles, enquanto a glia não usa esse tipo de sinalização.

A transmissão sináptica ocorre quando um neurônio é eletricamente excitado e libera uma substância química, chamada neurotransmissor, no espaço entre ele e outro neurônio, o que leva à ativação do segundo neurônio. Essa habilidade foi amplamente considerada exclusiva dos neurônios.

Mas há duas décadas, Andrea Volterra, agora na Universidade de Lausanne, na Suíça, e os seus colegas anunciaram que tinham descoberto que algumas células gliais também podiam utilizar transmissão semelhante à sináptica para comunicar com outras células. No entanto, as descobertas revelaram-se controversas à medida que outros investigadores lutavam para replicá-las.

Agora, Volterra e uma equipe diferente usaram técnicas modernas para finalmente acabar com essa polêmica.

Os pesquisadores analisaram dados sobre a produção de moléculas de RNA por genes em células de camundongos, que são intermediárias na produção de proteínas, para ver se conseguiam encontrar os complexos proteicos necessários para a transmissão sináptica em outras células além dos neurônios. A equipe analisou especificamente as células da região do hipocampo do cérebro, porque é aqui que a pesquisa anterior afirmava ter detectado a transmissão sináptica não neuronal.

A análise revelou vários aglomerados de astrócitos, um tipo de glia, que pareciam também possuir a capacidade de participar na transmissão sináptica. As células pareciam liberar o neurotransmissor glutamato, que é o neurotransmissor mais comum no cérebro. Os pesquisadores então confirmaram a presença dos genes envolvidos nisso, estudando fatias cerebrais de camundongos adultos. Os pesquisadores cunharam essas células como astrócitos glutamatérgicos.

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“Essas células são um pouco como astrócitos e um pouco como neurônios”, diz Volterra. “Elas estão secretando neurotransmissores com mecanismo e velocidade que normalmente só estão ligados aos neurônios. É por isso que a chamamos de uma espécie de célula híbrida.”

Os pesquisadores então usaram um tipo de técnica de microscopia fluorescente chamada imagem de dois fótons para estudar a liberação de glutamato por essas células no cérebro dos ratos. “Os sinais que vemos têm uma ordem de velocidade semelhante à dos neurônios”, diz Volterra.

Ele e seus colegas também encontraram assinaturas proteicas semelhantes de transmissão sináptica em células não neuronais em humanos, observando conjuntos de dados existentes. “As descobertas sugerem que estas células são conservadas nas pessoas”, diz Ludovic Telley, membro da equipe, também da Universidade de Lausanne.

Os pesquisadores não sabem quantas dessas células podem ser encontradas no cérebro, ou se estão principalmente no hipocampo.

Não está claro por que o cérebro precisa de células gliais que se comuniquem através da transmissão sináptica, diz Volterra. Ele especula que isso poderia levar a uma maior coordenação de sinais. “Muitas vezes, temos informações neuronais que precisam se espalhar para conjuntos maiores e os neurônios não são muito bons para a coordenação disso”, diz ele. Um astrócito pode estar em contato com 100 mil sinapses em ratos, o que pode significar que os sinais vão mais longe de uma forma mais coordenada, diz ele. Eles podem atingir milhões de sinapses em humanos.

Estas células também parecem estar em circuitos cerebrais envolvidos no movimento, que degeneram na doença de Parkinson, diz Volterra. Uma melhor compreensão das células poderia nos dar uma visão melhor sobre como lidar com a doença, diz ele.

No artigo publicado, os pesquisadores relatam que astrócitos especializados medeiam a gliotransmissão glutamatérgica no sistema nervoso central.

Eles contextualizam que as comunicações multimodais astrócito-neurônio governam a montagem e função dos circuitos cerebrais. Por exemplo, através da rápida liberação de glutamato, os astrócitos podem controlar a excitabilidade, a plasticidade e a atividade síncrona das redes sinápticas, ao mesmo tempo que contribuem para a sua desregulação em condições neuropsiquiátricas.

Para que os astrócitos se comuniquem através da rápida liberação focal de glutamato, eles devem possuir um aparelho para exocitose dependente de Ca2+ semelhante aos neurônios. No entanto, a existência deste mecanismo tem sido questionada devido a dados inconsistentes e à falta de evidências diretas de apoio.

Neste estudo revisitou-se a hipótese da exocitose do glutamato em astrócitos, considerando a heterogeneidade molecular emergente dos astrócitos e usando abordagens moleculares, bioinformáticas e de imagem, juntamente com ferramentas genéticas específicas de células que interferem na exocitose do glutamato in vivo.

Ao analisar bancos de dados existentes de sequenciamento de RNA unicelular e os dados de patch-seq, identificou-se nove aglomerados molecularmente distintos de astrócitos do hipocampo, entre os quais encontrou-se uma subpopulação notável que expressava seletivamente maquinaria de liberação de glutamato do tipo sináptico e localizada em locais discretos do hipocampo.

Usando imagens de glutamato baseadas em GluSnFR (repórter fluorescente sensível ao glutamato) in situ e in vivo, identificou-se um subgrupo correspondente de astrócitos que responde de forma confiável a estímulos seletivos de astrócitos com eventos de liberação de glutamato em subsegundos em pontos de acesso espacialmente precisos, que foram suprimidos pela deleção do transportador de glutamato vesicular 1 (VGLUT1) direcionada a astrócitos.

Além disso, a deleção deste transportador ou de sua isoforma VGLUT2 revelou contribuições específicas de astrócitos glutamatérgicos nos circuitos córtico-hipocampal e nigroestriatal durante o comportamento normal e processos patológicos.

Ao descobrir esta subpopulação atípica de astrócitos especializados no cérebro adulto, os pesquisadores fornecem insights sobre os papéis complexos dos astrócitos na fisiologia e nas doenças do sistema nervoso central, e identificam um potencial alvo terapêutico.

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Fontes:
Nature, publicação em 06 de setembro de 2023.
New Scientist, notícia publicada em 06 de setembro de 2023.