Observando os processos de memória e cognição em tempo real

Para observar sinapses que mudam dinamicamente, a proteína fluorescente dependente de dimerização (ddFP) foi expressa para observar sinais fluorescentes na formação de sinapses, pois o ddFP permite a detecção de fluorescência através de ligação reversível a terminais pré e pós-sinápticos. Crédito: Laboratório de optogenética e terapêutica de RNA KAIST

doi.org/10.1038/s41592-023-02122-4
Credibilidade: 999
#Memória 

O SynapShot, desenvolvido por uma equipe de pesquisa internacional, marca um grande avanço na neurociência ao permitir a observação ao vivo e em tempo real das mudanças sinápticas no cérebro.

O cérebro humano contém aproximadamente 86 bilhões de neurônios e 600 trilhões de sinapses que trocam sinais entre os neurônios para nos ajudar a controlar as diversas funções do cérebro, incluindo cognição, emoção e memória. Curiosamente, o número de sinapses diminui com a idade ou como resultado de doenças como a doença de Alzheimer, e a investigação sobre sinapses atrai, portanto, muita atenção. No entanto, existiram limitações na observação da dinâmica das estruturas sinapses em tempo real.

Avanço na observação de sinapses

Em 8 de janeiro, uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo Professor Won Do Heo do Departamento de Ciências Biológicas do KAIST, pelo Professor Hyung-Bae Kwon da Escola de Medicina Johns Hopkins e pelo Professor Sangkyu Lee do Instituto de Ciências Básicas (IBS) revelou que eles desenvolveram a primeira técnica do mundo que permite a observação em tempo real da formação, extinção e alterações de sinapses.

A equipe do professor Heo conjugou proteínas fluorescentes dependentes de dimerização (ddFP) com sinapses para observar o processo no qual as sinapses criam conexões entre neurônios em tempo real. A equipe chamou essa técnica de SynapShot, combinando as palavras ‘sinapse’ e instantâneo, e rastreou e observou com sucesso os processos vivos de formação e extinção de sinapses, bem como suas mudanças dinâmicas.

Figura 2. Fotos microscópicas observadas através de alterações na fluorescência do sensor de sinapse (SynapShot) cultivando os neurônios de um rato experimental e expressando o SynapShot. As mudanças na sinapse que são criadas quando os terminais pré e pós-sinápticos entram em contato e a sinapse que desaparece após um determinado período de tempo são medidas pela fluorescência do SynapShot. Crédito: Laboratório de optogenética e terapêutica de RNA KAIST

Melhorias e aplicações do SynapShot

Através de um projeto de pesquisa conjunto, as equipes lideradas pelo professor Heo e pelo professor Sangkyu Lee do IBS projetaram juntas um SynapShot com fluorescência verde e vermelha e foram capazes de distinguir facilmente a sinapse que conecta dois neurônios diferentes. Além disso, ao combinar uma técnica optogenética que pode controlar a função de uma molécula por meio da luz, a equipe conseguiu observar as mudanças nas sinapses e, ao mesmo tempo, induzir certas funções dos neurônios por meio da luz.

Figura 3. Uso simultâneo de Green-SynapShot e Red-SynapShot para distinguir e observar sinapses com um pós-terminal e diferentes pré-terminais. Crédito: Laboratório de optogenética e terapêutica de RNA KAIST

Através de mais pesquisas conjuntas com a equipe liderada pelo professor Hyung-Bae Kwon da Escola de Medicina Johns Hopkins, a equipe do professor Heo induziu diversas situações em ratos vivos, incluindo treinamento de discriminação visual, exercícios e anestesia, e usou o SynapShot para observar as mudanças em as sinapses durante cada situação em tempo real. As observações revelaram que cada sinapse poderia mudar de forma bastante rápida e dinâmica. Este foi o primeiro caso em que as alterações nas sinapses foram observadas num mamífero vivo.

Figura 4. A proteína fluorescente dependente de dímero (ddFP) existe como uma proteína fluorescente verde, bem como uma proteína fluorescente vermelha, e pode ser aplicada em conjunto com a tecnologia optogenética ativada por luz azul. Após a ativação do receptor quinase B da tropomiosina (TrkB) pela luz azul usando tecnologia optogenética, o fortalecimento das conexões sinápticas através de sinais do fator neurotrófico derivado do cérebro é observado usando o Red-SynapShot. Crédito: Laboratório de optogenética e terapêutica de RNA KAIST

Conclusão e Perspectivas Futuras

O professor Heo disse: “Nosso grupo desenvolveu o SynapShot por meio de uma colaboração com equipes de pesquisa nacionais e internacionais e abriu a possibilidade para observações ao vivo em primeira mão das mudanças rápidas e dinâmicas das sinapses, o que antes era difícil de fazer. Esperamos que esta técnica revolucione a metodologia de pesquisa no campo neurológico e desempenhe um papel importante em iluminar o futuro da ciência do cérebro.”

Figura 5. Micrografias mostrando sinapses em tempo real no córtex visual de camundongos treinados através de treinamento visual usando técnicas de imagem in vivo, como microscopia de dois fótons, bem como em nível celular. Crédito: Laboratório de optogenética e terapêutica de RNA KAIST

Esta pesquisa, conduzida pelos co-autores Seungkyu Son (candidato a doutorado), Jinsu Lee (candidato a doutorado) e Dr. Kanghoon Jung da Johns Hopkins, foi publicada na edição online da Nature Methods em 8 de janeiro. sob o título “Visualização em tempo real da dinâmica estrutural de sinapses em células vivas in vivo”, e será impresso no volume de fevereiro.

Publicado em 24/01/2024 16h16

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