A investigação revela que a molécula cAMP, regulada pelo peptídeo intestinal vasoativo (VIP) no SCN do cérebro, é crucial para os ritmos circadianos, apresentando potenciais novos tratamentos para distúrbios de saúde relacionados.
Os ritmos circadianos são ciclos inerentes que duram cerca de 24 horas e regulam vários processos biológicos, como o sono e a vigília. Um grupo de pesquisa da Universidade de Nagoya, no Japão, revelou recentemente que as redes neurais desempenham um papel importante na regulação dos ritmos circadianos através da mediação de uma molécula intracelular chamada adenosina monofosfato cíclico (cAMP).
Esta descoberta pode abrir caminho para novas estratégias para tratar distúrbios do sono e outras condições crónicas de saúde afetadas pela perturbação do ritmo circadiano. O estudo de pesquisa foi publicado na revista Science Advances.
Componentes celulares e suas funções
Nos seres vivos, quase todas as células contêm um relógio biológico que regula o ciclo dos ritmos circadianos. Nos mamíferos, um grupo de neurônios que forma uma estrutura chamada núcleo supraquiasmático (SCN) é conhecido como relógio mestre. Está localizado no hipotálamo do cérebro e sincroniza os relógios biológicos nos tecidos periféricos.
Os ritmos circadianos são regulados pelo mecanismo de transcrição e tradução dos genes do relógio, que codificam proteínas que regulam os ciclos diários. No entanto, alguns cientistas sugerem que no SCN, os chamados segundos mensageiros, como o AMPc e os iões de cálcio, também estão envolvidos na regulação dos ritmos circadianos. Os segundos mensageiros são moléculas que existem em uma célula e medeiam a atividade celular retransmitindo um sinal de moléculas extracelulares.
Visão do Pesquisador
“Os papéis funcionais dos segundos mensageiros no SCN permanecem pouco claros”, disse o Dr. Daisuke Ono, principal autor do estudo. “Entre os segundos mensageiros, o AMPc é conhecido como uma molécula particularmente importante em diversas funções biológicas. Portanto, compreender as funções do SCN pode levar a novas estratégias para o tratamento de distúrbios do sono e outros problemas de saúde devido à perturbação do ritmo circadiano.”
Metodologia e Resultados da Pesquisa
Para investigar esta questão, uma equipe de pesquisa da Universidade de Nagoya liderada pelo Dr. Ono, em colaboração com Yulong Li da Universidade de Pequim e Takashi Sugiyama da Evident Corporation, conduziu um estudo com foco no AMPc no SCN.
Os pesquisadores primeiro visualizaram os padrões dos ritmos circadianos do AMPc, usando sondas bioluminescentes de AMPc que desenvolveram. Para efeito de comparação, eles também visualizaram os padrões de ritmo dos íons de cálcio. Quando bloquearam a função de uma rede neural, o ritmo do AMPc foi perdido, enquanto o ritmo dos íons de cálcio ainda existia. Isto sugere que no SCN, o ritmo do AMPc é controlado por uma rede neural, enquanto o ritmo dos íons cálcio é regulado por mecanismos intracelulares.
Em seguida, eles se concentraram em uma molécula de sinalização extracelular chamada peptídeo intestinal vasoativo (VIP). Sabe-se que seu receptor modula o AMPc no SCN. Para analisar como o VIP afeta o ritmo do AMPc, eles inibiram a sinalização do VIP. Seus resultados mostraram uma perda do ritmo do AMPc, indicando que os ritmos intracelulares do AMPc são regulados pelo VIP no SCN. Se isso estiver correto, então também deverá haver um ritmo circadiano na liberação VIP.
Para verificar isso, eles introduziram um sensor VIP baseado na ativação do receptor acoplado à proteína G (GRAB) usando proteína fluorescente verde. A imagem latente de lapso de tempo da liberação de VIP no SCN revelou um ritmo circadiano claro. Além disso, esse ritmo de liberação VIP foi abolido pelo bloqueio da função de uma rede neural. Estes resultados indicam que o VIP é libertado ritmicamente dependendo da atividade neuronal e que o ritmo de libertação de VIP regula o ritmo intracelular de AMPc.
Por último, para determinar como o AMPc afeta o ritmo dos mecanismos de transcrição e tradução dos genes do relógio, eles realizaram experimentos utilizando ratos. Eles expressaram uma enzima induzível pela luz chamada adenilato ciclase (bPAC) na fatia do SCN e mediram o nível de proteína do gene do relógio Per2, usando imagens de bioluminescência. Eles então irradiaram as células com luz azul para verificar o efeito do AMPc no ritmo circadiano. Os resultados mostraram que a manipulação do AMPc pela luz azul alterou o ritmo circadiano do gene do relógio. Eles também manipularam o ritmo do AMPc no SCN de camundongos vivos e descobriram que o ritmo comportamental também mudou. Estes resultados sugerem que o AMPc intracelular afeta os ritmos circadianos moleculares e comportamentais que envolvem genes do relógio.
Observações Finais
“Concluímos que os ritmos intracelulares de AMPc no SCN são regulados por redes neurais dependentes de VIP”, explicou Ono.
“Além disso, o ritmo do AMPc orientado pela rede coordena os ritmos moleculares circadianos no SCN, bem como os ritmos comportamentais. No futuro, gostaríamos de elucidar o relógio circadiano ancestral, que é independente dos genes do relógio e existe universalmente na vida.”
Publicado em 09/09/2023 13h35
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