A plasticidade sináptica, a capacidade das sinapses de se fortalecerem ou enfraquecerem ao longo do tempo em resposta a mudanças em sua atividade, é uma base central do aprendizado e da memória. Nas sinapses, as células pré-sinápticas transmitem sinais para as células pós-sinápticas por meio de uma dança orquestrada por neurotransmissores, prótons, receptores, proteínas de andaimes, moléculas de sinalização e muito mais.

Os receptores AMPA, canais iônicos controlados por ligantes que mediam transmissões sinápticas rápidas e excitatórias, são ativados pelo glutamato, o principal neurotransmissor do cérebro de mamíferos. Surpreendentemente, no entanto, os AMPARs têm baixa afinidade pelo glutamato, então eles se ancoram em proximidade física próxima ao local de liberação do glutamato para ativação ideal. A ancoragem é mediada em parte por seus domínios N-terminais.

Durante a transmissão sináptica, alguns prótons são liberados junto com o glutamato, e os prótons coliberados participam da sinalização sináptica mediada pelos AMPARs. No entanto, como os prótons modificam a sinalização AMPAR é desconhecido.

Agora, pesquisas dos laboratórios de Teru Nakagawa, professor de fisiologia molecular e biofísica, e Ingo Greger, líder de grupo no Laboratório de Biologia Molecular do MRC em Cambridge, Inglaterra, revelam que uma breve diminuição no pH — um breve aumento na concentração de prótons — pode levar a mudanças na estrutura do AMPAR, modulando assim sua localização e controlando a cinética.

Certas condições de saúde, como isquemia (redução do fluxo sanguíneo e da oxigenação) e derrame, são conhecidas por criar ambientes ácidos no cérebro, portanto, entender o papel dos prótons na função neuronal pode levar a uma compreensão mais detalhada da lesão cerebral e da recuperação.

A nova pesquisa de Nakagawa, publicada na Nature Structural & Molecular Biology, mostra que quando prótons são liberados na sinapse e interagem com um aminoácido específico em um AMPAR, eles fazem com que o domínio N-terminal do receptor se divida ao meio. Os efeitos da divisão são duplos: ela retarda a recuperação do receptor antes que ele possa ativar novamente e aumenta a difusão do receptor ao quebrar a âncora do receptor do local ideal para ativação, reduzindo, em última análise, a atividade do AMPAR e impactando a força sináptica e a plasticidade.

Os processos moleculares por trás da cognição, aprendizagem e formação da memória não são bem compreendidos, mas os cientistas sabem que os AMPARs são centrais para esses processos. Além de seu papel na fisiologia normal, deficiências no funcionamento dos AMPARs têm sido associadas a uma variedade de distúrbios neurológicos e psiquiátricos , como convulsões, doença de Alzheimer, transtorno depressivo maior , encefalite límbica, deficiência intelectual e transtorno do espectro autista.

O trabalho de Nakagawa na resolução do papel dos prótons durante a transmissão sináptica terá implicações particulares para nossa compreensão da plasticidade sináptica de curto e longo prazo.