Uma equipe de pesquisadores de Harvard revelou uma maneira de mapear os fundamentos moleculares de como o aprendizado e as memórias são formados, uma nova técnica inovadora que deve oferecer insights que podem abrir caminho para novos tratamentos para distúrbios neurológicos, como a demência. “Essa técnica fornece uma lente para a arquitetura sináptica da memória, algo anteriormente inatingível em tantos detalhes”, disse Adam Cohen , professor de química e biologia química e de física e coautor sênior do artigo de pesquisa, publicado na Nature Neuroscience.
A memória reside em uma densa rede de bilhões de neurônios no cérebro. Contamos com a plasticidade sináptica — o fortalecimento e a modulação das conexões entre esses neurônios — para facilitar o aprendizado e a memória. As sinapses, ou junções onde os neurônios se comunicam, estabelecem a base para cada memória que formamos, desde uma melodia de infância até o rosto de uma pessoa querida ou o que comemos no café da manhã.
O trabalho foi realizado por vários membros do laboratório de Cohen, incluindo Doyeon Kim, estudante do Harvard Griffin GSAS, e os acadêmicos de pós-doutorado Pojeong Park, Xiuyuan Li, J. David Wong-Campos, He Tian e Eric M. Moult, além de cientistas do Howard Hughes Medical Institute. Em seu novo artigo, a equipe detalhou sua nova técnica, denominada Rotulagem de Superfície de Proteínas Extracelulares em Neurônios (EPSILON), que se concentra no mapeamento de proteínas vitais para a transmissão de sinais através de conexões sinápticas no cérebro. Essas proteínas específicas são chamadas AMPARs e são consideradas peças-chave na plasticidade sináptica, o processo que permite ao cérebro se adaptar e se reorganizar em resposta a novas informações. Utilizando marcação sequencial com corantes especializados, o EPSILON permitiu aos pesquisadores monitorar os movimentos dessas proteínas em alta resolução. Tradicionalmente, a compreensão de fenômenos microscópicos tão detalhados exigia métodos mais invasivos. Usar o EPSILON para observar o comportamento dos AMPARs em neurônios representa um avanço científico significativo.
Uma combinação de marcação fluorescente e microscopia de ponta permitiu aos pesquisadores iluminar o comportamento sináptico com uma resolução sem precedentes. A precisão da técnica foi semelhante à de iluminar algumas das funções mais complexas do cérebro, permitindo à equipe monitorar as interações sinápticas cruciais para o aprendizado. Pesquisas anteriores sobre processos sinápticos muitas vezes careciam dessa granularidade, tornando os insights da EPSILON particularmente valiosos para futuras explorações de doenças como Alzheimer, marcadas por disfunção sináptica que resulta em comprometimento da memória e do aprendizado.
À medida que as mudanças sinápticas de memórias específicas ficaram mais claras, os padrões começaram a revelar regras que governam como o cérebro decide quais sinapses tornar mais fortes ou mais fracas ao armazenar uma memória. “Nosso avanço mais importante é o nosso método que permite mapear o histórico da plasticidade sintética no cérebro vivo”, disse Kim. “Podemos analisar o histórico da plasticidade sináptica, estudando onde e quanto da potencialização sináptica ocorreu durante uma janela de tempo definida durante a formação da memória.
“Ao mapear a plasticidade sináptica ao longo do tempo, em múltiplos pontos temporais, podemos mapear verdadeiramente a dinâmica das sinapses”, acrescentou Kim. “Também seremos capazes de aplicar isso a diferentes tipos de memórias com diferentes padrões de plasticidade sináptica.” A primeira aplicação da técnica já produziu resultados intrigantes. Ao aplicar o EPSILON em camundongos submetidos a condicionamento contextual de medo — um processo que ajuda os animais a associarem um contexto neutro a um estímulo indutor de medo —, os pesquisadores conseguiram demonstrar uma correlação entre os AMPARs e a expressão do produto gênico precoce imediato cFos, um sinal que nos informa quando as células cerebrais estão ativas.
Essas descobertas sugerem que o tráfego de AMPAR está intimamente ligado a traços de memória duradouros, ou engramas, dentro do cérebro, onde neurônios específicos são ativados após experiências de aprendizagem. Cohen atribui o sucesso do estudo ao papel significativo e, às vezes, inesperado que a ciência básica pode desempenhar no fomento do progresso. “A tecnologia HaloTag , usada para marcar proteínas, foi baseada em um gene descoberto em 1997 por um grupo de cientistas na Irlanda que estudavam uma bactéria do solo com uma capacidade incomum de decompor poluentes”, apontou Cohen. “É um arco de gerações, desde a pesquisa básica que caracteriza o mundo natural até as descobertas que podem melhorar a saúde humana. Precisamos realmente apoiar todo esse arco para progredir.”
Olhando para o futuro, Cohen está ansioso para ver como o EPSILON pode ser aplicado ainda mais para estudar vários fenômenos cognitivos. Além, é claro, de potencialmente melhorar estratégias terapêuticas direcionadas a problemas de memória. “Já distribuímos a ferramenta molecular para laboratórios ao redor do mundo, que agora estão começando a usar essas ferramentas para explorar como a força sináptica é regulada em sua pergunta e contexto favoritos”, disse ele.
