Saúde

Mudanças genéticas ligadas a comportamentos repetitivos severos
O laboratório Graybiel identifica genes ligados a comportamentos repetitivos anormais frequentemente vistos em modelos de vício e esquizofrenia.
Por Instituto McGovern para Pesquisa do Cérebro - 25/03/2021


A fluorescência verde no cérebro de um camundongo destaca aglomerados de neurônios do estroma (seta amarela) que enviam conexões distantes, também verdes, a células que produzem dopamina no mesencéfalo (ponta de seta amarela). A ativação do gene estriossomal está correlacionada com comportamentos repetitivos excessivos. Créditos :Imagem: Jill Crittenden

Comportamentos repetitivos extremos, como bater as mãos, balançar o corpo, cutucar a pele e cheirar, são comuns a vários distúrbios cerebrais, incluindo autismo , esquizofrenia , doença de Huntington e dependência de drogas . Esses comportamentos, chamados de estereotipias, também são aparentes em modelos animais de dependência de drogas e autismo.

Em um novo estudo publicado no European Journal of Neuroscience , pesquisadores do McGovern Institute for Brain Research identificaram genes que são ativados no cérebro antes do início desses comportamentos repetitivos graves.

“Nosso laboratório encontrou um pequeno conjunto de genes que são regulados em relação ao desenvolvimento de comportamentos estereotipados em um modelo animal de dependência de drogas”, disse a professora Ann Graybie l do Instituto do MIT , autora sênior do artigo. “Ficamos surpresos e interessados ​​em ver que um desses genes é um gene de suscetibilidade à esquizofrenia. Essa descoberta pode ajudar a compreender a base biológica de comportamentos estereotipados e repetitivos, conforme visto em uma variedade de distúrbios neurológicos e neuropsiquiátricos, e em pessoas 'típicas' sob estresse.

Uma via molecular compartilhada

No trabalho liderado pela pesquisadora Jill Crittenden, cientistas do laboratório Graybiel expuseram ratos à anfetamina, um estimulante psicomotor que estimula a hiperatividade e estereotipias confinadas em humanos e animais de laboratório e que é usado para modelar sintomas de esquizofrenia.

Eles descobriram que a exposição a estimulantes que impulsiona os comportamentos repetitivos mais prolongados leva à ativação de genes regulados pela Neuregulina 1, uma molécula sinalizadora que é importante para uma variedade de funções celulares, incluindo o desenvolvimento neuronal e a plasticidade. Mutações no gene da neuregulina 1 são fatores de risco para esquizofrenia.

As novas descobertas destacam uma via molecular e de circuito compartilhada para estereotipias que são causadas por drogas de abuso e em distúrbios cerebrais, e têm implicações sobre por que a intoxicação por estimulantes é um fator de risco para o início da esquizofrenia.

“O tratamento experimental com anfetaminas tem sido usado há muito tempo em estudos com roedores e outros animais em testes para encontrar melhores tratamentos para a esquizofrenia em humanos, porque existem algumas semelhanças comportamentais entre os dois contextos muito diferentes”, explica Graybiel, que também é investigador no Instituto McGovern e professor de cérebro e ciências cognitivas no MIT. “Foi impressionante encontrar Neuregulina 1 - potencialmente uma dica para mecanismos compartilhados subjacentes a algumas dessas semelhanças.”

Exposição a drogas ligada a comportamentos repetitivos

Embora muitos estudos tenham medido mudanças na expressão gênica em modelos animais de dependência de drogas, este estudo é o primeiro a avaliar mudanças em todo o genoma especificamente associadas a comportamentos repetitivos restritos.

As estereotipias são difíceis de medir sem observação direta trabalhosa, porque consistem em movimentos finos e comportamentos idiossincráticos. Neste estudo, os autores administraram anfetaminas (ou controle de solução salina) a camundongos e então mediram com quebras de feixe fotográfico o quanto eles correram. Os pesquisadores identificaram períodos prolongados em que os ratos não estavam correndo (ou seja, estavam potencialmente envolvidos em estereotipias confinadas) e, em seguida, filmaram os ratos durante esses períodos para avaliar a gravidade dos comportamentos repetitivos restritos (por exemplo, cheirar ou lamber estereotipias).

Eles deram anfetaminas a cada camundongo uma vez por dia durante 21 dias e descobriram que, em média, os camundongos mostraram muito pouca estereotipia no primeiro dia de exposição à droga, mas que, no sétimo dia de exposição, todos os camundongos mostraram um período prolongado de estereotipia que gradualmente se tornou mais curta e mais curta nas duas semanas subsequentes.

“Ficamos surpresos ao ver a estereotipia diminuindo após uma semana de tratamento. Na verdade, havíamos planejado um estudo com base em nossa expectativa de que os comportamentos repetitivos se tornassem mais intensos, mas então percebemos que essa era uma oportunidade de observar quais mudanças genéticas eram exclusivas daquele dia de alta estereotipia ”, diz a primeira autora Jill Crittenden.

Os autores compararam as mudanças na expressão gênica no cérebro de camundongos tratados com anfetamina por um dia, sete dias ou 21 dias. Eles levantaram a hipótese de que as mudanças genéticas associadas especificamente a sete dias de tratamento com drogas altamente estereotipadas eram as mais prováveis ​​de serem a base de comportamentos repetitivos extremos e poderiam identificar genes de fatores de risco para esses sintomas na doença.

Uma via anatômica compartilhada

Trabalhos anteriores do laboratório de Graybiel mostraram que a estereotipia está diretamente correlacionada à ativação do gene circunscrito no estriado, uma região do prosencéfalo que é a chave para a formação do hábito. Em animais com a estereotipia mais intensa, a maior parte do estriado não mostra ativação gênica, mas a indução gênica precoce imediata permanece alta em aglomerados de células chamados estriossomas. Recentemente, foi demonstrado que os estriossomas têm um controle poderoso sobre as células que liberam dopamina, um neuromodulador que é severamente prejudicado na dependência de drogas e na esquizofrenia. Surpreendentemente, os estriossomas contêm altos níveis de Neuregulina 1.

“Nossos novos dados sugerem que a regulação positiva de genes responsivos à neuregulina em animais com comportamentos severamente repetitivos reflete mudanças genéticas nos neurônios do estroma que controlam a liberação de dopamina”, explica Crittenden. “A dopamina pode impactar diretamente se um animal repete uma ação ou explora novas ações, então nosso estudo destaca um papel potencial para um circuito estriossômico no controle da seleção de ação na saúde e na doença neuropsiquiátrica.”

Padrões de comportamento e expressão gênica

Os níveis de expressão do gene estriado foram medidos por sequenciamento de RNAs mensageiros (mRNAs) em tecido cerebral dissecado. Os mRNAs são lidos a partir de genes “ativos” para instruir o maquinário de síntese de proteínas sobre como fazer a proteína que corresponde à sequência do gene. As proteínas são os principais constituintes de uma célula, controlando assim a função de cada célula. O número de vezes que uma determinada sequência de mRNA é encontrada reflete a frequência com que o gene estava sendo lido no momento em que o material celular foi coletado.

Para identificar genes que foram lidos no mRNA antes do período de estereotipia prolongada, os pesquisadores coletaram tecido cerebral 20 minutos após a injeção de anfetaminas, o que é cerca de 30 minutos antes do pico da estereotipia. Eles então identificaram quais genes tinham níveis significativamente diferentes de mRNAs correspondentes em camundongos tratados com drogas do que em camundongos tratados com solução salina.

Uma ampla variedade de genes mostrou aumentos modestos de mRNA após a primeira exposição à anfetamina, o que induziu hiperatividade leve e uma variedade de comportamentos como caminhar, cheirar e criar nos ratos.

No sétimo dia de tratamento, todos os ratos estavam engajados por períodos prolongados em um comportamento repetitivo específico, como cheirar a parede. Da mesma forma, houve menos genes que foram ativados no sétimo dia em relação ao primeiro dia de tratamento, mas eles foram fortemente ativados em todos os camundongos que receberam o tratamento com anfetaminas indutoras de estereotipia.

No 21º dia de tratamento, os comportamentos de estereotipia eram menos intensos, assim como a regulação positiva do gene - menos genes foram fortemente ativados e mais foram reprimidos, em relação aos outros tratamentos. “Parece que os ratos desenvolveram tolerância à droga, tanto em termos de resposta comportamental quanto em termos de resposta de ativação gênica”, diz Crittenden.

“Tentar buscar padrões de regulação gênica começando com o comportamento é um trabalho correlativo e não provamos a 'causalidade' neste primeiro pequeno estudo”, explica Graybiel. “Mas esperamos que os paralelos impressionantes entre o escopo e a seletividade do mRNA e as mudanças comportamentais que detectamos ajudem a trabalhar no objetivo tremendamente desafiador de tratar o vício.”

Este trabalho foi financiado pelo Instituto Nacional de Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano, Fundação Saks-Kavanaugh, Fundo Broderick para Pesquisa de Fitocanabinoides no MIT, Fundo de Pesquisa James e Pat Poitras, Fundação Simons e Centro Stanley de Pesquisa Psiquiátrica em o Broad Institute.

 

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