“As necessidades dos neurónios mudam à medida que amadurecem”

O vosso trabalho mostra que diferentes versões do complexo Arp2/3 assumem funções distintas na construção e manutenção do esqueleto dos neurónios. Como definir esse complexo e o que é que esta descoberta acrescenta ao que já se sabia sobre a arquitetura neuronal?
O complexo Arp2/3 é uma espécie de equipa molecular formada por sete proteínas que trabalham em conjunto para formar filamentos de actina, um dos principais componentes do «esqueleto» das células, ramificados. Algumas dessas proteínas existem em versões diferentes, pelo que esta equipa pode ter composições distintas. Já se sabia que essas combinações influenciam a formação e a estabilidade das redes de actina, mas ainda não se compreendia como contribuíam para a formação e manutenção dos anéis de actina nos axónios, os prolongamentos dos neurónios que transmitem informação elétrica.
O nosso trabalho mostrou que este complexo é necessário tanto para a formação dos anéis de actina como para a sua manutenção nos neurónios maduros. Mostrou também que diferentes versões desempenham funções distintas; sendo algumas particularmente importantes na fase inicial de formação, enquanto outras são necessárias para preservar a sua organização e estabilidade numa fase mais avançada do desenvolvimento neuronal.
Assim, acrescentámos uma nova dimensão ao que se sabia sobre a arquitetura neuronal: a sua formação e conservação dependem também da composição da maquinaria molecular que organiza a actina em filamentos ramificados. No entanto, a organização exata dessas ramificações nos anéis continua por esclarecer.

Uma das conclusões do estudo é que existe uma espécie de «mudança de equipa» molecular ao longo da vida do neurónio. O que determina essa transição entre os diferentes complexos Arp2/3 e porque é importante para a maturação neuronal?
Ainda não sabemos o que determina essa transição entre as diferentes versões do complexo Arp2/3. Existem outros exemplos de «mudanças de equipa» molecular durante o desenvolvimento dos neurónios, algumas associadas ao chamado “splicing alternativo”, um processo que permite produzir diferentes versões de uma proteína a partir do mesmo gene. No entanto, não podemos assumir que seja esse o mecanismo neste caso; é uma questão que permanece em aberto.
O que o nosso estudo mostra é que as necessidades dos neurónios mudam à medida que amadurecem. Numa fase inicial, é necessário construir os anéis de actina; mais tarde, é essencial preservar a sua organização e estabilidade. Diferentes versões do Arp2/3 podem contribuir para essas tarefas em momentos distintos. Esta transição parece ser importante porque a maturação neuronal exige não só a formação desta arquitetura, mas também a sua manutenção para assegurar a integridade e o funcionamento do axónio.

Acrescentámos uma nova dimensão ao que se sabia sobre a arquitetura neuronal: a sua formação e conservação dependem também da composição da maquinaria molecular que organiza a actina em filamentos ramificados. No entanto, a organização exata dessas ramificações nos anéis continua por esclarecer.

O estudo revela também que o esqueleto neuronal não depende apenas de filamentos lineares de actina, mas de redes de filamentos ramificados. Que consequências poderá ter esta nova visão para a compreensão do funcionamento dos neurónios?
A existência de filamentos ramificados e lineares ajuda-nos a compreender como o esqueleto neuronal pode conciliar duas propriedades essenciais: estabilidade e flexibilidade. Os anéis de actina conferem suporte estrutural ao neurónio, ajudando a preservar a sua forma e integridade. Mas estabilidade não significa rigidez: há estudos que mostram que esta organização pode desfazer-se e voltar a formar-se em poucos minutos. Trata-se, portanto, de uma estrutura estável, mas com capacidade para se reorganizar quando necessário.
Os nossos resultados apoiam a participação de mecanismos de ramificação da actina na formação e manutenção deste esqueleto. A cooperação entre filamentos lineares e ramificados poderá contribuir para esse equilíbrio entre estabilidade e capacidade de adaptação. Por exemplo, o axónio pode precisar de ajustar o seu diâmetro à passagem de organelos essenciais, que são transportados no seu interior.

A investigação foi possível graças, entre outras ferramentas, à microscopia de super-resolução, que permite observar estruturas à escala nanométrica. O que conseguiram observar graças a esta tecnologia que permanecia invisível com as técnicas utilizadas anteriormente?
A microscopia de super-resolução permitiu-nos observar a organização deste esqueleto com um detalhe que a microscopia de fluorescência convencional não consegue revelar. Os anéis de actina repetem-se ao longo do axónio com um espaçamento de cerca de 190 nanómetros, uma distância inferior ao limite de resolução das técnicas convencionais. Por isso, o que antes parecia uma distribuição contínua de proteínas revelou ser uma estrutura altamente organizada, com um padrão regular de repetição.
Foi graças à super-resolução que esta organização em anéis foi identificada e descrita em 2013. No nosso estudo, utilizámos esta tecnologia para observar que o complexo Arp2/3 também apresenta uma distribuição periódica ao longo do axónio e para analisar como a organização dos anéis se altera quando interferimos com diferentes versões deste complexo. Assim, conseguimos não só observar esta arquitetura, mas também estudar os mecanismos que permitem formá-la e preservá-la.

A perda da integridade estrutural dos neurónios está associada a várias doenças neurodegenerativas. De que forma estes resultados podem contribuir, no futuro, para compreender melhor processos de neurodegeneração?
Há estudos que mostram que, em modelos experimentais de degeneração, a desorganização dos anéis de actina precede a neurodegeneração. Estas observações reforçam a importância de compreender como este esqueleto é formado e preservado.
A nossa investigação centra-se na biologia fundamental do neurónio. Quanto melhor conhecermos os mecanismos bioquímicos que permitem construir e manter a sua arquitetura, melhor poderemos compreender de que forma esses mecanismos ficam comprometidos em situações de doença. É esse conhecimento de base que procuramos aprofundar com este trabalho.
Ao identificar diferentes versões do complexo Arp2/3 envolvidas na formação e manutenção dos anéis de actina, contribuímos para compreender os mecanismos que asseguram a integridade neuronal em condições normais. Este conhecimento fornece uma base para, no futuro, investigar se esses mecanismos estão alterados em situações de neurodegeneração e de que forma poderão contribuir para a doença.

A nossa investigação centra-se na biologia fundamental do neurónio. Quanto melhor conhecermos os mecanismos bioquímicos que permitem construir e manter a sua arquitetura, melhor poderemos compreender de que forma esses mecanismos ficam comprometidos em situações de doença. É esse conhecimento de base que procuramos aprofundar com este trabalho.

O projeto “Regeneração Nervosa”, do qual fazem parte da equipa, trabalha também em crescimento e regeneração dos axónios. Esta descoberta sobre a construção e manutenção do esqueleto neuronal pode abrir novas pistas para a regeneração de neurónios depois de uma lesão?
É uma possibilidade, mas ainda não sabemos. Neste trabalho estudámos como o esqueleto neuronal se forma e se mantém, e não o que acontece depois de ocorrer uma lesão. No entanto, compreender estes mecanismos é também importante para estudar a regeneração: um axónio que volta a crescer precisa de construir e organizar a sua estrutura. O nosso trabalho contribui com conhecimento de base para investigar esse processo, mas será necessário estudar diretamente o papel destes mecanismos após uma lesão.

Refere-se que entre a descoberta de um mecanismo celular e uma eventual aplicação clínica existe ainda um longo caminho. Quais são agora as principais perguntas a que gostariam de responder e que passos serão necessários para perceber se este conhecimento poderá vir a ter impacto na medicina?
Uma das principais perguntas é como este esqueleto contribui para a estabilidade do axónio e o que acontece quando os mecanismos que o mantêm deixam de funcionar. O seu papel não se limita ao suporte estrutural: participa também em várias funções essenciais ao funcionamento normal do neurónio. Por isso, gostaríamos de perceber se preservar a organização dos anéis de actina poderá ajudar a manter tanto a integridade como a função neurónio e, eventualmente, atrasar a sua degeneração.
Na regeneração após uma lesão, será importante investigar como este esqueleto se reorganiza à medida que o axónio volta a crescer e de que forma contribui para a recuperação das suas funções.
Para responder a estas questões, teremos primeiro de estudar estes mecanismos em modelos de doença e de lesão e perceber se intervir sobre eles tem um efeito protetor ou favorece a recuperação. Será também necessário avaliar se esses efeitos se traduzem numa melhoria da função neuronal e se a intervenção é segura, antes de considerar uma eventual aplicação clínica.

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