Quilo por quilo, o cérebro consome muito mais energia do que outros órgãos e, intrigantemente, continua sendo um bebedor de combustível mesmo quando seus neurônios não estão disparando sinais chamados neurotransmissores uns para os outros.
Por Weill Cornell Medical College publicado por MedicalXpress.
Pesquisadores da Weill Cornell Medicine descobriram que o processo de embalagem de neurotransmissores pode ser responsável pelo dreno de energia dos neurônios.
Em seu estudo, relatado em 3 de dezembro na Science Advances , eles identificaram cápsulas minúsculas chamadas vesículas sinápticas como a principal fonte de consumo de energia em neurônios inativos. Os neurônios usam essas vesículas como recipientes para suas moléculas de neurotransmissores, que disparam de portas de comunicação chamadas de terminais sinápticos para sinalizar para outros neurônios. Empacotar neurotransmissores em vesículas é um processo que consome energia química , e os pesquisadores descobriram que esse processo, em termos de energia, é inerentemente permeável – tão permeável que continua a consumir energia significativa mesmo quando as vesículas estão cheias e os terminais sinápticos estão inativos.
“Essas descobertas nos ajudam a entender melhor por que o cérebro humano é tão vulnerável à interrupção ou enfraquecimento de seu suprimento de combustível “, disse o autor sênior, 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 combustível 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 sinápticos dos neurônios, crescimentos em forma de botão a partir dos quais eles disparam neurotransmissores, são grandes consumidores de energia quando ativos e são muito sensíveis a qualquer interrupção de seu suprimento de combustível. No novo estudo, eles examinaram o uso de combustível em terminais sinápticos quando em atividade e descobriram que ainda é alto.
Esse alto consumo de combustível em repouso, eles descobriram, é explicado em grande parte pelo acúmulo de vesículas nos terminais sinápticos. Durante a inatividade sináptica, as vesículas são totalmente carregadas com milhares de neurotransmissores cada, e estão prontas para lançar essas cargas úteis portadoras de sinal através das sinapses para os neurônios parceiros.
Por que uma vesícula sináptica consumiria energia mesmo quando totalmente carregada? Os pesquisadores descobriram que há essencialmente um vazamento de energia da membrana da vesícula , um “fluxo de prótons”, de modo que uma enzima “bomba de prótons” especial na vesícula precisa continuar trabalhando e consumindo combustível enquanto o faz, mesmo quando o a vesícula já está cheia de moléculas de neurotransmissores.
Os experimentos apontaram proteínas transportadoras como as fontes prováveis desse vazamento de prótons. Os transportadores normalmente trazem neurotransmissores para as vesículas, mudando de forma para transportar o neurotransmissor, mas permitindo, ao mesmo tempo, que um próton 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 sináptica e, portanto, pensamento e ação mais rápidos.
“A desvantagem de uma capacidade de carregamento mais rápida seria que mesmo flutuações térmicas aleatórias poderiam desencadear a mudança de forma do transportador, causando esse dreno de energia contínuo, mesmo quando nenhum neurotransmissor está sendo carregado”, disse ele.
Embora o vazamento por vesícula seja minúsculo, há pelo menos centenas de trilhões de vesículas sinápticas no cérebro humano, então o dreno de energia realmente aumentaria, disse Ryan.
A descoberta é um avanço significativo na compreensão da biologia básica do cérebro. Além disso, a vulnerabilidade do cérebro à interrupção de seu suprimento de combustível é um grande problema em neurologia, e deficiências metabólicas foram observadas em uma série 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 tivéssemos uma maneira de reduzir com segurança esse dreno de energia e, assim, desacelerar o metabolismo cerebral, isso poderia ter um grande impacto clínico”, disse o Dr. Ryan.
Mais informações: Camila Pulido et al, Os pools de vesículas sinápticas são uma grande carga metabólica oculta em repouso dos terminais nervosos, Science Advances (2021). DOI: 10.1126 / sciadv.abi9027.
