Quilo por quilo, o cérebro consome muito mais energia do que outros órgãos e, intrigantemente, continua um bebedor de combusta­vel mesmo quando seus neura´nios não estãodisparando sinais chamados neurotransmissores uns para os outros. Agora, pesquisadores da Weill Cornell Medicine descobriram que o processo de embalagem de neurotransmissores pode ser responsável por esse dreno de energia.

Em seu estudo, relatado em 3 de dezembro na Science Advances , eles identificaram ca¡psulas minaºsculas chamadas vesa­culas sina¡pticas como a principal fonte de consumo de energia em neura´nios inativos. Os neura´nios usam essas vesa­culas como recipientes para suas moléculas de neurotransmissores, que disparam de portas de comunicação chamadas de terminais sina¡pticos para sinalizar para outros neura´nios. Empacotar neurotransmissores em vesa­culas éum processo que consome energia química , e os pesquisadores descobriram que esse processo, em termos de energia, éinerentemente permea¡vel - tão permea¡vel que continua a consumir energia significativa mesmo quando as vesa­culas estãocheias e os terminais sina¡pticos estãoinativos.

"Essas descobertas nos ajudam a entender melhor por que o cérebro humano étão vulnera¡vel a  interrupção ou enfraquecimento de seu suprimento de combusta­vel ", disse o autor saªnior, Dr. Timothy Ryan, professor de bioquímica e bioquímica em anestesiologia na Weill Cornell Medicine.

A observação de que o cérebro consome uma grande quantidade de energia, mesmo quando relativamente em repouso, data de várias décadas de estudos do uso de combusta­vel do cérebro em estados comatoso e vegetativo. Esses estudos descobriram que, mesmo nesses estados profundamente inativos, o consumo de glicose pelo cérebro normalmente cai do normal pela metade - o que ainda deixa o cérebro como um consumidor de alta energia em relação a outros órgãos. As fontes desse dreno de energia em repouso nunca foram totalmente compreendidas.

O Dr. Ryan e seu laboratório mostraram nos últimos anos que os terminais sina¡pticos dos neura´nios, crescimentos em forma de botão a partir dos quais eles disparam neurotransmissores, são grandes consumidores de energia quando ativos e são muito sensa­veis a qualquer interrupção de seu suprimento de combusta­vel. No novo estudo, eles examinaram o uso de combusta­vel em terminais sina¡pticos quando em atividade e descobriram que ainda éalto.

Esse alto consumo de combusta­vel em repouso, eles descobriram, éexplicado em grande parte pelo acaºmulo de vesa­culas nos terminais sina¡pticos. Durante a inatividade sina¡ptica, as vesa­culas são totalmente carregadas com milhares de neurotransmissores cada, e estãoprontas para lana§ar essas cargas aºteis portadoras de sinal atravanãs das sinapses para os neura´nios parceiros.

Por que uma vesa­cula sina¡ptica consumiria energia mesmo quando totalmente carregada? Os pesquisadores descobriram que háessencialmente um vazamento de energia da membrana da vesa­cula , um "efluxo de pra³tons", de modo que uma enzima " bomba de pra³tons " especial na vesa­cula precisa continuar trabalhando e consumindo combusta­vel enquanto o faz, mesmo quando o a vesa­cula já estãocheia de moléculas de neurotransmissores.

Os experimentos apontaram protea­nas chamadas transportadores como as fontes prova¡veis ​​desse vazamento de pra³tons. Os transportadores normalmente trazem neurotransmissores para as vesa­culas, mudando de forma para transportar o neurotransmissor, mas permitindo, ao mesmo tempo, que um pra³ton escape - enquanto o fazem. O Dr. Ryan especula que o limite de energia para essa mudança de forma do transportador foi definido como baixo pela evolução para permitir uma recarga mais rápida do neurotransmissor durante a atividade sina¡ptica e, portanto, pensamento e ação mais rápidos.

"A desvantagem de uma capacidade de carregamento mais rápida seria que mesmo flutuações tanãrmicas aleata³rias poderiam desencadear a mudança de forma do transportador, causando esse dreno de energia conta­nuo, mesmo quando nenhum neurotransmissor estãosendo carregado", disse ele.

Embora o vazamento por vesa­cula seja minaºsculo, hápelo menos centenas de trilhaµes de vesa­culas sina¡pticas no cérebro humano, então o dreno de energia realmente aumentaria, disse Ryan.

A descoberta éum avanço significativo na compreensão da biologia ba¡sica do cérebro. Além disso, a vulnerabilidade do cérebro a  interrupção de seu suprimento de combusta­vel éum grande problema em neurologia, e deficiências metaba³licas foram observadas em uma sanãrie de doenças cerebrais comuns, incluindo Alzheimer e Parkinson. Essa linha de investigação, em última análise, poderia ajudar a resolver importantes enigmas médicos e sugerir novos tratamentos.

"Se tivanãssemos uma maneira de reduzir com segurança esse dreno de energia e, assim, desacelerar o metabolismo cerebral, isso poderia ter um grande impacto cla­nico", disse o Dr. Ryan.