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Os pesquisadores desenvolvem sensores aperfeiçoados para estudar sustentamentos bioquímicos da aprendizagem e da memória

A aprendizagem e a memória são aspectos cruciais da vida quotidiana. Quando nós aprendemos, nossos neurônios usam sinais químicos e moleculars mudar suas formas e reforçar conexões entre os neurônios, um processo conhecido como a plasticidade synaptic. No laboratório de Ryohei Yasuda no instituto de Max Planck Florida para a neurociência (MPFI), os cientistas estão trabalhando para compreender como estas moléculas enviam mensagens durante todo o neurônio. Para conseguir isto, sua equipe está trabalhando constantemente para desenvolver técnicas de imagem lactente de alta resolução para visualizar a actividade e o lugar das moléculas envolvidas no processo. Ada Tang, Ph.D., um pesquisador pos-doctoral no laboratório de Yasuda, biosensors moleculars novos desenvolvidos, que a ajudaram a visualizar a actividade de duas proteínas de sinalização cruciais à plasticidade synaptic, ao ERK e ao PKA. Estas proteínas enviam mensagens a outras proteínas adicionando um grupo do fosfato às proteínas do alvo. A equipe encontrou que estas proteínas, que foram sabidas já para jogar um papel na plasticidade, na aprendizagem, e na memória synaptic, têm propriedades surpreendentes em sua actividade. O trabalho foi publicado em março de 2017 no neurônio.

As dendrites são as extensões finas que saem do corpo de pilha de um neurônio e recebem mensagens de outros neurônios. Ramificam para fora para formar a árvore-como a estrutura, cada ramo que estende tipicamente dez dos micrômetros. São cobertos por espinhas: saliências minúsculas que recebem entradas de outros neurônios e iniciam sinais moleculars dentro da pilha. Quando uma espinha é estimulada fortemente, cresce e reforça para codificar memórias. Os cientistas têm usado previamente métodos farmacológicos tradicionais tais como a mancha ocidental para determinar a actividade de ERK e de PKA calculados a média sobre muitas pilhas, mas não puderam visualizar as moléculas directamente em espinhas dendrítico devido a seu tamanho pequeno.

Para projectar os sensores sensíveis bastante visualizar estas moléculas, Tang criou uma molécula de tintura nova, sREAChet, uma obscuridade alterada mas molécula deabsorção. Quando ligou o sREAChet com a proteína fluorescente do verde (GFP) e um peptide do alvo da proteína, encontrou que poderia readout a actividade da proteína com a sensibilidade 2-3 vezes mais alta comparada aos sensores precedentes. Isto fez a sensibilidade suficiente para a actividade da imagem lactente em únicas espinhas dendrítico. “Estes sensores serão úteis para pesquisadores no campo largo da biologia celular desde ERK e PKA são envolvidos em uma variedade de fenômenos nas pilhas e sua actividade anormal é relacionada a muitas doenças que incluem o cancro e às doenças mentais,” Yasuda explicado.

Para demonstrar a utilidade dos sensores novos, as espinhas dendrítico individuais primeiramente estimuladas da equipe de Yasuda, usaram então um microscópio especial chamado um microscópio da vida da fluorescência de 2 fotão para visualizar como a actividade de ERK e de PKA se move de uma única espinha. A sua surpresa, a equipe encontrou que a actividade das proteínas não ficou dentro da espinha individual, mas espalhou muito mais de 10 micrômetros, ao longo da dendrite, influenciando espinhas próximas. O espalhamento é calculado para ser sobre diversos dez dos micrômetros e estende potencial durante todo um ramo das dendrites. O laboratório de Yasuda tinha mostrado previamente que estimular apenas algumas espinhas poderia conduzir à activação de ERK no núcleo, mas não souberam esta foi conseguida. Esta experiência mostrou que depois que estas proteínas são activadas em uma espinha, a mensagem espalha fortemente sobre uma grande distância e alcança potencial o núcleo. “Encontrar que a activação de PKA e de ERK nas espinhas está espalhando para diversos dez dos micrômetros é certamente uma descoberta surpreendente para o campo,” disse Tang.

A equipe visualizou uma etapa importante no processo, mas há ainda um uma grande distância a percorrer a compreender os sustentamentos bioquímicos da aprendizagem e da memória.