Foi assim que o cérebro humano ficou maior: nossas células lidaram com o estresse do tamanho

Foi assim que o cérebro humano ficou maior: nossas células lidaram com o estresse do tamanho

Os humanos desenvolveram cérebros desproporcionalmente grandes em comparação com os nossos parentes primatas – mas esta atualização neurológica teve um preço. Os cientistas que estudam esta compensação descobriram características genéticas únicas que revelam como as células cerebrais humanas lidam com o stress de manter um cérebro grande a funcionar. Esta pesquisa poderia abrir novas abordagens para compreender melhor doenças como Parkinson e esquizofrenia.

O estudo publicado em 15 de novembro 1 concentra-se nos neurônios que produzem o neurotransmissor dopamina. Isso é crucial para o movimento, o aprendizado e o processamento emocional.

Ao comparar milhares de neurônios dopaminérgicos cultivados em laboratório de humanos, chimpanzés, macacos e orangotangos, os pesquisadores descobriram que os neurônios dopaminérgicos humanos expressam mais genes que promovem a atividade de antioxidantes prejudiciais do que os neurônios de outros primatas.

Os resultados, que ainda não foram revistos por pares, são um passo para “compreender a evolução do cérebro humano e todos os potenciais aspectos positivos e negativos a ela associados”, explica Andre Sousa, neurocientista da Universidade de Wisconsin-Madison. “É interessante e importante descobrir realmente o que há de específico no cérebro humano, com potencial para desenvolver novas terapias ou mesmo prevenir doenças no futuro.”

Neurônios estressados

Assim como andar ereto levou a problemas nos joelhos e nas costas, e as mudanças na estrutura da mandíbula e na dieta levaram a problemas dentários, a rápida expansão do cérebro humano ao longo do tempo evolutivo criou desafios para as suas células, diz o co-autor do estudo Alex Pollen, neurocientista da Universidade da Califórnia, em São Francisco. “Nós levantamos a hipótese de que um processo semelhante ocorreu e que esses neurônios dopaminérgicos podem representar articulações vulneráveis”.

Usando uma técnica de imagem, Pollen e sua equipe mostraram que duas regiões do cérebro que necessitam de dopamina são significativamente maiores em humanos do que em macacos. O córtex pré-frontal é 18 vezes maior e o corpo estriado é quase sete vezes maior.

Ainda assim, os humanos têm apenas cerca de duas vezes mais neurónios de dopamina que os seus parentes primatas, diz Pollen. Estes neurónios, portanto, têm de se esticar ainda mais e trabalhar mais – cada um formando mais de dois milhões de sinapses – no cérebro humano maior e mais complexo.

“Os neurônios dopaminérgicos são verdadeiros atletas”, diz Nenad Sestan, neurocientista do desenvolvimento da Universidade de Yale, em New Haven, Connecticut. “Eles estão constantemente ativados.”

Para entender como os neurônios dopaminérgicos humanos podem ter se adaptado para atender às demandas de um cérebro grande, Pollen e seus colegas cultivaram versões dessas células em laboratório.

Eles combinaram células-tronco – que podem se desenvolver em muitos tipos de células – de oito humanos, sete chimpanzés, três macacos e um orangotango e as transformaram em estruturas miniaturizadas, semelhantes a cérebros, chamadas organoides. Após 30 dias, essas estruturas começaram a produzir dopamina, imitando um cérebro em desenvolvimento.

A equipe então sequenciou geneticamente os neurônios dopaminérgicos para medir quais genes foram ativados e como foram regulados.

Numa análise de neurónios humanos e de chimpanzés, os investigadores descobriram que os neurónios humanos expressavam níveis mais elevados de genes que controlam o stress oxidativo – um tipo de dano celular que pode ser causado pelo processo de produção de dopamina, que consome muita energia. Esses genes codificam enzimas que quebram e neutralizam moléculas tóxicas chamadas espécies reativas de oxigênio, que podem danificar as células.

Para investigar se os neurônios dopaminérgicos humanos podem ter desenvolvido respostas únicas ao estresse, os autores aplicaram um pesticida que causa estresse oxidativo aos organoides. Eles descobriram que os neurônios que se desenvolveram a partir de células humanas aumentaram a produção de uma molécula chamada BDNF, que é reduzida em pessoas com doenças neurodegenerativas, como o Parkinson. No entanto, a mesma resposta não foi observada em neurônios de chimpanzés.

Fortalecendo a resiliência

A compreensão destes mecanismos de proteção poderia apoiar o desenvolvimento de terapias que fortaleçam as defesas celulares de pessoas em risco de desenvolver a doença de Parkinson. “Alguns destes mecanismos de proteção podem não estar presentes em todas as pessoas devido a mutações”, explica Sousa. “Isso cria vulnerabilidade adicional para esses indivíduos.”

“Existem alguns alvos potenciais que poderiam ser muito interessantes para perturbar e depois transplantar para modelos [animais] de Parkinson para ver se estes dão aos neurônios mais resiliência”, diz Pollen.

Os organoides examinados no estudo representam neurônios em desenvolvimento equivalentes aos presentes em um embrião e não capturam toda a complexidade dos neurônios adultos. A investigação futura precisa de examinar como tais mecanismos de proteção persistem em neurónios maduros e envelhecidos, diz Sousa, uma vez que “as doenças degenerativas que afetam estas células geralmente ocorrem numa idade tardia”.

1. Nolbrant, S. et al. Pré-impressão em bioRxiv: https://doi.org/10.1101/2024.11.14.623592

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