Um mecanismo fundamental que detecta quando o cérebro precisa de um aumento de energia adicional para sustentar sua atividade foi identificado em um estudo em camundongos e células liderado por cientistas da UCL.
Os cientistas dizem que suas descobertas, publicadas em Naturezapoderia informar novas terapias para manter a saúde e a longevidade do cérebro, já que outros estudos descobriram que o metabolismo energético do cérebro pode ficar prejudicado no final da vida e contribuir para o declínio cognitivo e o desenvolvimento de doenças neurodegenerativas.
O autor principal, Professor Alexander Gourine (UCL Neuroscience, Physiology & Pharmacology) disse: “Nossos cérebros são compostos de bilhões de células nervosas, que trabalham juntas coordenando inúmeras funções e realizando tarefas complexas como controle de movimento, aprendizado e formação de memórias. Toda essa computação exige muita energia e requer um suprimento ininterrupto de nutrientes e oxigênio.
“Quando nosso cérebro está mais ativo, como quando estamos realizando uma tarefa mentalmente desgastante, ele precisa de um aumento imediato de energia, mas os mecanismos exatos que garantem o fornecimento local sob demanda de energia metabólica para regiões ativas do cérebro não são totalmente compreendidos.”
O primeiro e coautor correspondente Dr. Shefeeq Theparambil, que começou o estudo na UCL antes de se mudar para a Lancaster University, disse: “As atividades normais do cérebro exigem enormes quantidades de energia, comparáveis à de um músculo da perna humana correndo uma maratona. Essa energia é derivada principalmente da glicose sanguínea. Os neurônios no cérebro consomem mais de 75% dessa energia.”
Pesquisas anteriores mostraram que várias células cerebrais chamadas astrócitos parecem desempenhar um papel no fornecimento de energia necessária aos neurônios cerebrais. Os astrócitos, em forma de estrelas, são um tipo de célula gliais, que são células não neuronais encontradas no sistema nervoso central. Quando os neurônios vizinhos precisam de um aumento no suprimento de energia, os astrócitos entram em ação ativando rapidamente seus próprios estoques de glicose e metabolismo, levando ao aumento da produção e liberação de lactato. O lactato suplementa o conjunto de energia que está prontamente disponível para uso pelos neurônios no cérebro.
O professor Gourine explicou: “Em nosso estudo, descobrimos exatamente como os astrócitos são capazes de monitorar o uso de energia por suas células nervosas vizinhas e iniciar esse processo que fornece energia química adicional para regiões ocupadas do cérebro.”
Em uma série de experimentos usando modelos de camundongos e amostras de células, os pesquisadores identificaram um conjunto de receptores específicos em astrócitos que podem detectar e monitorar a atividade neuronal e desencadear uma via de sinalização envolvendo uma molécula essencial chamada adenosina. Os pesquisadores descobriram que a via de sinalização metabólica ativada pela adenosina em astrócitos é exatamente a mesma que a via que recruta estoques de energia no músculo e no fígado, por exemplo, quando nos exercitamos.
A adenosina ativa o metabolismo da glicose dos astrócitos e o fornecimento de energia aos neurônios para garantir que a função sináptica (neurotransmissores que transmitem sinais de comunicação entre as células) continue funcionando em condições de alta demanda de energia ou fornecimento reduzido de energia.
Os pesquisadores descobriram que, quando desativaram os principais receptores de astrócitos em camundongos, a atividade cerebral do animal foi menos eficaz, incluindo comprometimentos significativos no metabolismo cerebral global, na memória e na interrupção do sono, demonstrando assim que a via de sinalização que eles identificaram é vital para processos como aprendizado, memória e sono.
O Dr. Theparambil disse: “A identificação desse mecanismo pode ter implicações mais amplas, pois pode ser uma forma de tratar doenças cerebrais em que a energia cerebral é regulada negativamente, como neurodegeneração e demência.”
O professor Gourine acrescentou: “Sabemos que a homeostase da energia cerebral é progressivamente prejudicada no envelhecimento e esse processo é acelerado durante o desenvolvimento de doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer. Nosso estudo identifica um alvo atrativo e prontamente drogável e uma oportunidade terapêutica para o resgate da energia cerebral com o propósito de proteger a função cerebral, manter a saúde cognitiva e promover a longevidade cerebral.”
Os pesquisadores foram apoiados pela Wellcome, e o estudo envolveu cientistas da UCL, da Universidade de Lancaster, do Imperial College London, do King’s College London, da Queen Mary University of London, da Universidade de Bristol, da Universidade de Warwick e da Universidade do Colorado.
Chris Lane
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