Pesquisadores de Bonn resolvem o mistério oculto do papel dos astrócitos nos processos de aprendizagem e memória no cérebro
Células gliais em forma de estrela, os chamados astrócitos, são mais do que apenas uma célula de suporte do cérebro. Elas estão ativamente envolvidas em processos de aprendizagem e interagem com as células nervosas. Mas o que exatamente os astrócitos fazem? Pesquisadores do Hospital Universitário de Bonn (UKB) e da Universidade de Bonn estão usando um modelo biofísico para esclarecer como os astrócitos interagem com as células nervosas para regular a rápida adaptação a novas informações. Os resultados do estudo foram publicados no renomado periódico “Nature Communications Biology”.
No cérebro, a plasticidade sináptica – a capacidade de mudar as conexões neuronais ao longo do tempo – é fundamental para o aprendizado e a memória. Tradicionalmente, a ciência tem se concentrado nas células nervosas e suas sinapses. A descoberta da sinalização intracelular de Ca2+ em astrócitos levou à ideia de que os astrócitos são mais do que uma cola que mantém o cérebro unido e desempenham um papel crucial neste processo. “A disfunção dos astrócitos pode prejudicar significativamente nossa capacidade de aprender, destacando sua importância nos processos cognitivos. No entanto, as funções exatas dos astrócitos permaneceram um mistério por muito tempo”, diz a autora correspondente e co-sênior Prof. Tatjana Tchumatchenko, líder do grupo de pesquisa no Instituto de Epileptologia Experimental e Pesquisa Cognitiva do UKB e membro da Área de Pesquisa Transdisciplinar (TRA) “Modelagem” na Universidade de Bonn, descrevendo a motivação para perseguir esta questão.
Desvendando a intrincada dança das interações celulares durante a aprendizagem
“Nosso trabalho como neurocientistas computacionais é usar a linguagem da matemática para interpretar as observações experimentais e construir modelos coerentes do cérebro”, diz o coautor sênior Dr. Pietro Verzelli, um bolsista de pós-doutorado no grupo do Prof. Tchumatchenko. Neste caso, os pesquisadores desenvolveram um modelo biofísico de aprendizagem baseado em um loop de feedback bioquímico entre astrócitos e neurônios descoberto recentemente por Kirsten Bohmbach, Prof. Christian Henneberger e outros pesquisadores do DZNE e UKB ( https://doi.org/10.1038/s41467’022 -35620-8 ).
O modelo biofísico explica os déficits de aprendizagem observados em camundongos com regulação astrocítica prejudicada e destaca o papel crucial que os astrócitos desempenham na rápida adaptação a novas informações. Ao regular os níveis do neurotransmissor D-serina, os astrócitos podem facilitar a capacidade do cérebro de se adaptar e religar suas conexões sinápticas de forma eficiente. “Nossa estrutura matemática não apenas explica as observações experimentais, mas também fornece novas previsões testáveis sobre o processo de aprendizagem”, diz o primeiro autor Lorenzo Squadrani, um candidato a PhD no grupo de Tchumatchenko.
Esta pesquisa preenche a lacuna entre modelos teóricos de plasticidade e descobertas experimentais sobre as interações entre neurônios e células gliais. Ela destaca a regulação astrocítica como a base fisiológica para adaptações sinápticas dinâmicas, um conceito central da plasticidade sináptica. “Nossas descobertas contribuem para uma melhor compreensão dos mecanismos moleculares e celulares subjacentes ao aprendizado e à memória e fornecem novas oportunidades para intervenções terapêuticas direcionadas aos astrócitos para melhorar as funções cognitivas”, diz o Prof. Tchumatchenko.
