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PARTE INeurociência Celular

Capítulo 5Os Neurônios seTransformamBases Biológicas daNeuroplasticidade

Quando um axônio do SNP é cortado (A), pode ocorrer regeneração. Neste caso, o coto distal e a mielina degeneram, mas o coto proximal sobrevive, embora ocorram sinais de sofrimento do corpo celular (B). Células do sangue invadem o tecido e provocam a proliferação de novas células de Schwann (C). Com a produção de matriz extracelular favorável ao crescimento axônico, forma-se um cone de crescimento na ponta do coto proximal, que

se move em direção ao alvo, restabelecendo a conexão (D). O novo axônio é então remielinizado pelas novas células de Schwann.

O experimento do grupo de Aguayo consistiu no implante de um segmento de nervo periférico (B) no coto proximal do nervo óptico seccionado (A). A seguir os pesquisadores conseguiram registrar potenciais de ação em neurônios do colículo superior reinervado, em resposta à estimulação luminosa através do olho (C).

As duas fotos de cima são imagens em microscopia eletrônica de cortes transversais de nervos ciáticos em regeneração, 6 semanas após a lesão. A representa o grupo que recebeu um enxerto de células-tronco da medula óssea, e B ilustra o grupo que recebeu apenas uma solução sem células. Pode-se observar que as células-tronco proporcionaram maior mielinização. Os gráficos em C mostram a contagem do número de fibras mielinizadas em cada um desses grupos (à esquerda), e uma medida de recuperação funcional da

motricidade nos animais com células-tronco (em azul) e sem elas (em vermelho).

Quando um axônio do SNC é cortado (A), o neurônio pode morrer (C). No entanto, mesmo se sobreviver após um período de cromatólise (B), a regeneração axônica não é bem-sucedida

porque os cones de crescimento encontram detritos celulares e de mielina, bem como diferentes células reativas e uma matriz extracelular não favorável que, em conjunto, criam um ambiente

impróprio para o movimento do cone em direção ao neurônio-alvo.

A imagem em A mostra vários fascículos de fibras do corpo caloso em um indivíduo normal, revelados por uma modalidade de ressonância magnética que reconstrói por computação gráfica os circuitos neurais (fascigrafia). As imagens em B e C apresentam os feixes aberrantes que se

formam em indivíduos acalosos congênitos (respectivamente em violeta e em verde). O feixe longitudinal representado em amarelo, em B, é o feixe do cíngulo, que se apresenta

morfologicamente normal nesses pacientes.

O sistema visual (A) apresenta um modo muito específico de organização (B), tal que um ponto no setor binocular do campo visual é projetado sobre ambas as retinas, mas sua representação cerebral permanece separada nas lâminas do núcleo geniculado lateral do tálamo (contorno pontilhado), e nas bandas ou colunas de dominância ocular do córtex visual primário (V1A). C = contralateral; I = ipsolateral. Em cada coluna cortical (detalhe à direita) terminam apenas as fibras talâmicas que representam o mesmo hemicampo visual.

Experimentos como este (descrito no texto) permitiram revelar as colunas

de dominância ocular em gatos e macacos, através do transporte axoplasmático transináptico de

proteínas radioativas (pontilhado) desde a retina até o córtex visual

primário.

Com a injeção de moléculas radioativas no olho de gatos de diferentes idades, é possível acompanhar o desenvolvimento das colunas de dominância ocular no córtex visual. Nos

animais jovens, as colunas de dominância ocular podem ser identificadas, mas sãomenos nítidas do que nos animais adultos. As fotos representam cortes parassagitais através

do córtex cerebral, e os pontos radioativos, representados em contraste negativo (branco), são tão numerosos que confluem.

As colunas de dominância ocular são na verdade bandas, melhor reveladas em cortes tangenciais (A). O padrão de um animal adulto normal é apresentado em B. Quando um olho

é suturado na infância, o adulto apresenta um padrão diferente: as bandas do olho que permaneceu aberto tornam-se maiores (C) que as do olho suturado (D).

A plasticidade axônica ontogenética pode ser revelada quando se reconstrói a forma das arborizações terminais dos axônios que projetam ao córtex visual. O recém-nascido apresenta árvores terminais largas, que depois se tornam mais restritas no adulto. No adulto submetido a

sutura monocular precoce (privação visual), os terminais correspondentes ao olho que permaneceu aberto são mais largos e densos que os do olho suturado.

A estimulação com um cotonete de certas regiões do corpo de indivíduos amputados provoca neles a sensação “fantasma” de que o membro ausente é que foi estimulado: um notável exemplo de plasticidade em adultos. A mostra os locais da face de um indivíduo amputado, que provocamsensações referidas aos dedos da mão ausente. B mostra um outro caso, em que as sensações

“fantasmas” são provocadas estimulando o coto do membro amputado. C representa uma imagem de ressonância magnética funcional do cérebro de um amputado, na qual se percebe a

desorganização da topografia corporal no hemisfério contrário ao lado amputado (dentro do círculo).

As fotos B e C mostram imagens obtidas em um microscópio confocal do campo delimitado em A, em dois momentos separados por 2 horas. Os dendritos estão em vermelho e os receptores glutamatérgicos em amarelo. As setas mostram o aparecimento de novas espinhas dendríticas,

pelo menos uma delas expressando novos receptores glutamatérgicos.

Movimentos reflexos defensivos da aplísia (A): à estimulação suave (B), o animal retrai o sifão e a brânquia; à estimulação mais forte (C), encolhe a cabeça e a cauda, e emite uma “tinta” escura.

O neurônio sensitivo da aplísia acusa um estímulo aplicado no sifão através de um potencial de ação (PA) que pode ser captado por um microeletródio. Nas primeiras vezes em que o estímulo é aplicado (A), o PA do

neurônio sensitivo é capaz de provocar a ativação do neurônio motor, que exibe um potencial pós-sináptico excitatório (PPSE) captado por outro microeletródio. O sifão e a brânquia se retraem. Mas, quando o estímulo

se repete (B), o neurônio sensitivo continua a acusar o estímulo com PAs, porém a informação não passa mais para o neurônio motor. A resposta comportamental deixa de ocorrer.

Na sensibilização entra em cena um interneurônio facilitador. Inicialmente (A) a aplísia responde com a retração do sifão e da brânquia a um estímulo suave com o pincel.

Entretanto, um choque elétrico aplicado na cauda (B) provoca forte resposta comportamental, e a mesma resposta aparece a seguir (C), mesmo que a estimulação volte a ser suave como antes. O interneurônio facilitador exerce sua ação principalmente através

de uma sinapse axoaxônica com o terminal do neurônio sensitivo.

Os mecanismos moleculares da

sensibilização baseiam-se nas

sinapses axoaxônicas entre o interneurônio

facilitador e o terminal do neurônio sensitivo.

Essas sinapses são serotoninérgicas, e o

receptor pós-sináptico é metabotrópico. A

cadeia de sinais intracelulares que é

disparada pela serotonina no terminal

sensitivo resulta no prolongamento da

liberação de glutamato que atua

sobre o neurônio motor. ATP =

trifosfato de adenosina;

DAG = diacilglicerol; PKA = fosfocinase A; PKC = fosfocinase C; PLC = fosfolipase C.

A potenciação de longa duração (LTP) pode ser detectada em diversas regiões do SNC, especialmente no hipocampo (detalhe à direita, acima). Em A estão representados os circuitos básicos do hipocampo. Os neurobiólogos tomam uma fatia mantida em cultura e aplicam um forte estímulo tetânico em aferentes de células piramidais de CA1, registrando simultaneamente o PPSE produzido em seus dendritos apicais após estímulos comuns. B mostra que o PPSE é maior após a estimulação tetânica do que antes dela. Medindo o aumento do PPSE várias vezes na mesma preparação (pontos azuis em D), verificou-se que o efeito se mantém durante horas. Quando os dendritos são cortados e separados do corpo celular, a LTP decai em algumas horas (pontos verdes em D), e o mesmo acontece quando inibidores de RNA são adicionados ao meio (barra amarela), e quando são adicionados inibidores de síntese proteica (barra verde

A. O mecanismo molecular da LTP envolve três receptores glutamatérgicos (de cima para baixo, na figura). O primeiro a ser ativado é o receptor não-NMDA, que se abre aos cátions e despolariza a membrana. A

despolarização remove o Mg++ do receptor NMDA, e mais cátions atravessam a membrana, acentuando a despolarização. O terceiro receptor, metabotrópico, ativa uma cadeia de reações intracelulares que acabam por liberar íons Ca++ para o citosol. O efeito despolarizante prolonga-se ainda mais com a entrada em ação da NO-

sintase, que produz óxido nítrico, um gás que atravessa livremente as membranas e acaba fazendo com que mais glutamato seja liberado pelo terminal pré-sináptico. Abreviaturas como na Figura 5.15. B. Tudo indica que a

transmissão sináptica na espinha dendrítica (1) produza potenciais pós-sinápticos dendríticos (2) que aumentam o influxo de Ca++ (3) e acabam ativando a expressão gênica (4) do neurônio pós-sináptico, originando uma mensagem retrógrada (proteínas?) endereçada às sinapses que tinham sido ativadas originalmente (5).

Alguns neurocientistas consideram a sinapse perfurada (A) como possível resultante da LTP. Sua formação seria produzida pelo receptor glutamatérgico metabotrópico, cuja sinalização intracelular provocaria a reorganização da membrana pós-sináptica e a redistribuição dos

demais receptores (B-E).

A LTD é um fenômeno associativo inverso à LTP, no qual duas vias aferentes do cerebelo (A) produzem a ativação pós-sináptica de enzimas desfosforilantes (fosfatases), removendo

receptores AMPA da membrana (B), e assim reduzindo a amplitude do potencial pós-sináptico resultante. A figura mostra apenas a sinapse glutamatérgica de uma fibra paralela

sobre uma espinha dendrítica de Purkinje.

Neurogênese adulta na zona subventricular (A) e no hipocampo (B). As células-

tronco situadas na zona subventricular proliferam e migram em sentido rostral

até atingirem o bulbo olfatório, onde se

estabelecem. No caso da camada subgranular do giro

denteado, os neurônios recém-nascidos integram-se

à circuitaria da região.

Magnetoencefalograma realizado nos dois lados do cérebro de indivíduos distônicos revelou alterações no mapa somatotópico do hemisfério esquerdo, que recebe informações da mão direita.

Nos cegos, a imagem de ressonância magnética funcional mostra ativação do córtex visual (V) quando o indivíduo realiza uma leitura Braille, ao contrário do vidente, que praticamente

só apresenta ativação das regiões somestésicas do córtex cerebral.