Observar as sinapses a trabalhar
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O momento em que uma célula nervosa liberta os seus neurotransmissores na fenda sináptica é extremamente curto. Os investigadores da Charité - Universitätsmedizin Berlin e do Centro Max Delbrück conseguiram captar este momento ao microscópio. As imagens das vesículas em fusão foram agora publicadas na revista Nature Communications.
O processo demora apenas alguns milissegundos: Uma vesícula, cheia de neurotransmissores e com apenas alguns nanómetros de tamanho, aproxima-se da membrana celular, funde-se com ela e liberta as suas substâncias mensageiras na fenda sináptica - para que possam ligar-se à célula nervosa seguinte. Uma equipa liderada pelo Prof. Christian Rosenmund, último autor da publicação e Diretor Adjunto do Instituto de Neurofisiologia da Charité, captou em imagens microscópicas este momento crucial para o funcionamento do cérebro.
Ligações em forma de pontos
"Até agora, ninguém sabia em pormenor como se processa a fusão das vesículas sinápticas com a membrana celular", afirma a primeira autora do estudo, a Dra. Jana Kroll, que é atualmente investigadora no grupo de trabalho "Biologia Estrutural dos Processos Associados à Membrana" do Prof. "Nas nossas experiências com neurónios de rato, conseguimos mostrar que primeiro se forma uma ligação punctiforme. Este pequeno pedúnculo expande-se depois num poro através do qual os neurotransmissores entram na fenda sináptica", explica Jana Kroll.
"Com a ajuda da tecnologia desenvolvida ao longo de cinco anos, foi possível, pela primeira vez, observar as sinapses a funcionar sem as perturbar", acrescenta Christian Rosenmund. "Jana Kroll fez aqui um verdadeiro trabalho pioneiro", afirma o cientista, que é também membro do conselho de administração do NeuroCure Cluster of Excellence.
Congelamento por choque em etano
Para observar as sinapses em tempo real, os investigadores utilizaram células nervosas de ratinhos que tinham previamente modificado através da optogenética, de modo a que as células fossem activadas por um sinal luminoso - e começassem imediatamente a libertar neurotransmissores. No espaço de um a dois milissegundos, a equipa congelou os neurónios em etano a 180 graus Celsius negativos. "Todos os processos celulares são imediatamente interrompidos durante este processo, o congelamento por imersão, e podem ser visualizados por microscopia eletrónica", explica Jana Kroll.
Os cientistas descobriram outro pormenor interessante: "Conseguimos reconhecer que a maior parte das vesículas que se fundem estão ligadas a pelo menos uma outra vesícula através de pequenos filamentos - assim que uma vesícula se funde com a membrana celular, a seguinte está pronta a avançar", relata Jana Kroll. "Presumimos que esta forma direta de recrutamento de vesículas permite que os neurónios enviem sinais durante um período de tempo mais longo, mantendo assim a sua comunicação".
Melhor tratamento para a epilepsia
A fusão de vesículas, que a equipa visualizou, ocorre milhões de vezes por minuto no nosso cérebro. Compreender o processo em pormenor é também importante para fins médicos: "Em muitas pessoas com epilepsia ou outras doenças sinápticas, são conhecidas mutações nas proteínas envolvidas na fusão das vesículas", explica Christian Rosenmund. "Se conseguirmos desvendar o papel exato destas proteínas, poderemos desenvolver mais facilmente terapias específicas para estas sinaptopatias."
"A abordagem que apresentámos para a microscopia crioelectrónica resolvida no tempo utilizando a luz também não se limita aos neurónios, mas pode ser aplicada em muitas áreas da biologia estrutural e celular", acrescenta Jana Kroll. Ela própria gostaria agora de repetir as suas experiências no Centro Max Delbrück, inicialmente com neurónios humanos que obtém a partir de células estaminais. No entanto, esta não será uma tarefa fácil, anuncia a investigadora: "As células precisam de cerca de cinco semanas no laboratório para desenvolver as suas primeiras sinapses e são extremamente sensíveis".
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Jana Kroll, Uljana Kravčenko, Mohsen Sadeghi, Christoph A. Diebolder, Lia Ivanov, Małgorzata Lubas, Thiemo Sprink, Magdalena Schacherl, Mikhail Kudryashev, Christian Rosenmund; "Dynamic nanoscale architecture of synaptic vesicle fusion in mouse hippocampal neurons"; Nature Communications, Volume 16, 2025-12-13
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