Optogenética: como a luz pode ajudar a desvendar os circuitos neurais

A neurociência tem desenvolvido ferramentas cada vez mais precisas para investigar como os neurônios se comunicam e como os circuitos cerebrais participam de diferentes comportamentos.

Entre essas ferramentas, a optogenética se destaca por permitir o controle da atividade de populações específicas de neurônios utilizando estímulos luminosos.

Como funciona a optogenética?
 

A base dessa técnica está nas channelrodopsinas, proteínas sensíveis à luz identificadas em microrganismos, como a alga unicelular Chlamydomonas reinhardtii.

A channelrodopsina-2 (ChR2), por exemplo, funciona como um canal iônico ativado pela luz. Quando iluminada, permite a passagem de íons pela membrana celular, modificando o potencial de membrana e podendo desencadear a atividade elétrica do neurônio.

A técnica combina duas estratégias: a expressão direcionada de proteínas sensíveis à luz em determinadas células e a aplicação de estímulos luminosos para controlar sua atividade no momento desejado.

Essa combinação oferece especificidade celular e elevada precisão temporal, características importantes para o estudo dos circuitos neurais.

Da observação à investigação de causa e efeito

Observar que determinado grupo de neurônios se torna ativo durante um comportamento não significa, necessariamente, que essas células sejam responsáveis por produzi-lo. A optogenética permite investigar essa relação de maneira experimental. Ao manipular a atividade de uma população neuronal específica e acompanhar as respostas resultantes, pesquisadores podem investigar sua participação em processos como memória, movimento, sono, recompensa e dependência.

A abordagem também contribui para estudos experimentais de doenças neurológicas e psiquiátricas, ajudando a investigar como alterações nos circuitos neurais estão relacionadas a determinados fenótipos.
 

Ferramentas moleculares complementam a pesquisa em neurociência

A investigação dos circuitos neurais pode ser complementada pela caracterização molecular de proteínas associadas à função neuronal, à neuroinflamação e à neurodegeneração.Entre os alvos relevantes para essas pesquisas estão:
 

• β-amiloide, Tau e APOE: associados a estudos sobre a doença de Alzheimer.
• TH, receptores dopaminérgicos e α-sinucleína: utilizados em pesquisas sobre sinalização dopaminérgica e doença de Parkinson.
• GFAP e IBA1: importantes para investigar alterações relacionadas a astrócitos, microglia e neuroinflamação.
• NfL: marcador investigado em estudos sobre lesão neuronal e neurodegeneração.
• TREM2 e TDP-43: alvos relevantes em diferentes linhas de pesquisa sobre mecanismos neurodegenerativos.

 

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