Camadas celulares ocultas reveladas na região CA1 do hipocampo

Camadas celulares ocultas reveladas na região CA1 do hipocampo

Pesquisadores do Instituto de Neuroimagem e Informática Mark e Mary Stevens (Stevens INI) da Escola de Medicina Keck da USC identificaram um padrão de organização até então desconhecido em uma das áreas mais importantes do cérebro para aprendizagem e memória. O estudo, publicado emcomunicação da natureza,mostra que a região CA1 do hipocampo do rato, uma estrutura crucial para a formação da memória, navegação espacial e emoções, possui quatro camadas distintas de tipos de células especializadas. Esta descoberta muda a nossa compreensão de como a informação é processada no cérebro e pode explicar porque é que certas células são mais susceptíveis a doenças como a doença de Alzheimer e a epilepsia.

Os investigadores há muito suspeitam que diferentes partes da região CA1 do hipocampo controlam diferentes aspectos da aprendizagem e da memória, mas não estava claro como as células subjacentes estavam organizadas”.

Michael S. Bienkowski, PhD, autor sênior do estudo e professor assistente de fisiologia e neurociência e de engenharia biomédica

“Nosso estudo mostra que os neurônios CA1 são organizados em quatro bandas finas e contínuas, cada uma representando um tipo diferente de neurônio definido por uma assinatura molecular única. doença atinge o tipo de célula de uma camada, os efeitos variam dependendo de onde em CA1 essa camada é mais pronunciada”.

Usando um poderoso método de rotulagem de RNA chamado RNAscope e microscopia de alta resolução, a equipe capturou instantâneos claros da expressão genética de uma única molécula para identificar os tipos de células CA1 no tecido cerebral de camundongos. Em 58.065 células piramidais CA1, eles visualizaram mais de 330.000 moléculas de RNA – as mensagens genéticas que mostram quando e onde os genes são ativados. Ao rastrear esses padrões de atividade, os pesquisadores criaram um mapa detalhado mostrando as fronteiras entre os diferentes tipos de neurônios na região CA1 do hipocampo.

Os resultados mostraram que a região CA1 consiste em quatro camadas contíguas de neurônios, cada uma caracterizada por um conjunto específico de genes ativos. Em 3D, essas camadas formam folhas que variam ligeiramente em espessura e estrutura ao longo do hipocampo. Este padrão claro e em camadas ajuda a compreender estudos anteriores que viam a região como uma mistura mais gradual ou mosaico de tipos de células.

“Quando visualizamos padrões de RNA genético em resolução unicelular, pudemos ver listras claras, como camadas geológicas na rocha, cada uma representando um tipo específico de neurônio”, disse Maricarmen Pachicano, estudante de doutorado no Centro de Conectômica Integrativa do Stevens INI e co-autor do artigo. "É como levantar um véu sobre a arquitetura interna do cérebro. Essas camadas ocultas poderiam explicar as diferenças na forma como os circuitos do hipocampo apoiam o aprendizado e a memória."

O hipocampo está entre as primeiras regiões afetadas pela doença de Alzheimer e também está envolvido na epilepsia, depressão e outras doenças neurológicas. Ao revelar a estrutura em camadas do CA1, o estudo fornece um roteiro para investigar quais tipos específicos de neurônios são mais vulneráveis ​​nessas doenças.

“Descobertas como essas ilustram como as imagens modernas e a ciência de dados podem transformar nossa visão da anatomia cerebral”, disse Arthur W. Toga, PhD, diretor do Stevens INI e da Cátedra Ghada Irani em Neurociências na Keck School of Medicine da USC. “Este trabalho baseia-se na longa tradição do Stevens INI de obter imagens do cérebro em todas as escalas, desde moléculas até redes inteiras, e terá impacto tanto na neurociência fundamental como nos estudos translacionais direcionados à memória e à cognição.”

O novo atlas de tipo de célula CA1, criado usando dados do Hippocampus Gene Expression Atlas (HGEA), está disponível gratuitamente para a comunidade de pesquisa global. O conjunto de dados inclui visualizações 3D interativas acessíveis através do aplicativo de realidade aumentada Schol-AR criado no Stevens INI, permitindo aos cientistas explorar as camadas do hipocampo com detalhes sem precedentes.

Como este padrão de camadas em ratos é semelhante ao que foi observado em cérebros de primatas e humanos – incluindo alterações na espessura da região CA1 – os investigadores suspeitam que possa ser uma característica comum em muitos cérebros de mamíferos. Embora sejam necessários mais estudos para confirmar esta organização em humanos, a descoberta fornece uma base promissora para futuras pesquisas comparativas e translacionais sobre como a arquitetura do hipocampo apoia a memória e a cognição.

“Compreender como essas camadas se relacionam com o comportamento é o próximo desafio”, disse Bienkowski. “Agora temos uma estrutura para estudar como camadas específicas de neurônios contribuem para funções tão diversas como memória, navegação e emoções, e como sua interrupção pode levar a doenças”.

Sobre o estudo

Além de Bienkowski e Pachicano, outros autores do estudo incluem Shrey Mehta, Angela Hurtado, Tyler Ard, Jim Stanis e Bayla Breningstall.

Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde/Instituto Nacional de Envelhecimento (K01AG066847, R36AG087310-01, Suplemento P30-AG066530-03S1), pela National Science Foundation (concessão 2121164) e por fundos do Centro de Longevidade Neural da USC. Os dados de pesquisa relatados nesta publicação foram apoiados pelo Gabinete do Diretor dos Institutos Nacionais de Saúde sob o número de concessão S10OD032285.

Fontes: