Pesquisadores da Universidade Stanford, nos Estados Unidos, identificaram duas trajetórias celulares no desenvolvimento embrionário do cérebro. A porção anterior, que inclui o prosencéfalo e o mesencéfalo, e a porção posterior, correspondente ao rombencéfalo, seguem origens diferentes desde os primeiros estágios da formação do organismo.
O estudo, publicado nesta sexta-feira (18) na revista Nature Neuroscience, indica que o cérebro integrado pode ter resultado da união de duas estruturas nervosas ancestrais. Essas estruturas teriam evoluído separadamente por milhões de anos antes de passar a funcionar como um único sistema.
Células com destinos distintos
A investigação se concentrou na gastrulação, etapa em que grupos de células embrionárias começam a assumir funções específicas. Em embriões de camundongos, a equipe identificou duas populações de células progenitoras que não se misturavam e mantinham trajetórias paralelas.
Uma dessas populações apresentava expressão do gene Otx2 e originava o prosencéfalo e o mesencéfalo. A outra expressava Gbx2 e dava origem ao rombencéfalo. O resultado contraria a ideia de que todas as regiões cerebrais surgem quando uma única linhagem celular se divide.
Os pesquisadores também encontraram diferenças na cromatina, estrutura que organiza o DNA dentro das células. As configurações moleculares distintas ajudavam a determinar quais genes poderiam ser ativados e contribuíam para direcionar cada grupo celular a uma região específica do cérebro.
No cérebro adulto, o prosencéfalo está associado a capacidades como linguagem, consciência e raciocínio abstrato. O mesencéfalo participa do controle de movimentos, de respostas a estímulos visuais e auditivos e de mecanismos ligados à atenção e ao estado de alerta. O rombencéfalo origina estruturas envolvidas em funções automáticas, como respiração, sono, alimentação e batimentos cardíacos.
Para Kyle Loh, autor correspondente do estudo, a evolução pode ter reunido dois sistemas nervosos que já existiam. “Nossa pesquisa sugere que a evolução pegou dois sistemas neurais preexistentes e os uniu espacialmente”, afirmou.
Neurônios produzidos em laboratório
A distinção entre as duas linhagens também ajuda a explicar por que tentativas anteriores de produzir neurônios do rombencéfalo humano encontraram dificuldades. Rayyan Jokhai, autor do trabalho, afirmou que esses esforços provavelmente tentaram transformar progenitores destinados ao prosencéfalo e ao mesencéfalo em células do rombencéfalo.
Para testar essa hipótese, os cientistas usaram células-tronco pluripotentes humanas, capazes de dar origem a praticamente qualquer tipo celular do organismo. Com base nas informações sobre as trajetórias embrionárias, eles direcionaram as células para formar neurônios motores do rombencéfalo.
O procedimento permitiu obter células funcionais dessa região. Elas apresentaram sinais elétricos próprios de neurônios e produziram proteínas ligadas ao controle dos músculos da face e da deglutição. Segundo Jokhai, o resultado reforça a importância de considerar os estágios iniciais do desenvolvimento, e não apenas a formação do tipo celular final.
A equipe observou padrão semelhante em embriões de galinhas, peixes-zebra e vermes-bolota. A recorrência entre espécies diferentes levou os pesquisadores a estimar que essa característica pode existir há pelo menos 550 milhões de anos.
A análise também considerou águas-vivas. Esses animais se separaram da linhagem que levaria aos humanos há cerca de 600 milhões a 700 milhões de anos e possuem dois sistemas nervosos em regiões diferentes do corpo. Para os pesquisadores, essa comparação ajuda a investigar a história evolutiva da organização do sistema nervoso.
Relevância para doenças neurológicas
A possibilidade de cultivar neurônios do rombencéfalo pode ser útil para estudar doenças que afetam essas células, entre elas a esclerose lateral amiotrófica (ELA) e a atrofia muscular espinhal (AME). Uma dificuldade anterior era obter, de pacientes vivos, tecido correspondente ao tronco encefálico para observar diretamente os efeitos dessas doenças.
Na AME, determinados neurônios motores deixam de funcionar progressivamente. A doença genética está entre as principais causas genéticas de morte de crianças com menos de 1 ano. A ELA, por sua vez, é uma doença neurodegenerativa que costuma ser diagnosticada entre os 40 e os 70 anos e também compromete neurônios motores.
Nas duas condições, a perda de função de neurônios ligados ao rombencéfalo pode afetar a fala e a deglutição. Em fases avançadas, a dificuldade para engolir eleva o risco de entrada de alimentos e líquidos nos pulmões, enquanto a deterioração do controle respiratório pode levar à perda da capacidade de respirar.
Os novos modelos celulares devem permitir a investigação da progressão dessas doenças e o teste de estratégias terapêuticas. “Agora temos um modelo para entender melhor essas doenças devastadoras e trabalhar no desenvolvimento de terapias regenerativas para elas”, disse Jokhai.
