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Abstrato
As mudanças sazonais na duração do dia (fotoperíodo) afetam inúmeras funções fisiológicas. O eixo núcleo supraquiasmático (SCN)-núcleo paraventricular (PVN) desempenha um papel fundamental no processamento de informações relacionadas ao fotoperíodo. Variações sazonais na expressão do neurotransmissor SCN e PVN foram observadas em humanos e modelos animais. No entanto, os mecanismos moleculares pelos quais a rede SCN-PVN responde ao fotoperíodo alterado são desconhecidos. Aqui, mostramos em camundongos que a neuromedina S (NMS) e os neurônios do polipeptídeo intestinal vasoativo (VIP) no SCN exibem plasticidade do neurotransmissor induzida pelo fotoperíodo. A gravação in vivo da dinâmica do cálcio revelou que os neurônios NMS alteram a atividade da rede PVN em resposta ao fotoperíodo semelhante ao inverno. A manipulação crônica de neurônios NMS é suficiente para induzir a troca de neurotransmissores em neurônios PVN e afeta a atividade locomotora. Nossas descobertas revelam adaptações moleculares não identificadas anteriormente da rede SCN-PVN em resposta à sazonalidade e o papel dos neurônios NMS no ajuste da função hipotalâmica à duração do dia por meio de uma comutação coordenada de neurotransmissores multissinápticos que afeta o comportamento.
Introdução
A luz, os relógios circadianos e o comportamento interagem intimamente para produzir uma ordem temporal essencial para a sobrevivência da maioria dos organismos. Em humanos, mudanças sazonais relacionadas à duração do dia (fotoperíodo) foram documentadas no sono, alimentação, função autonômica, neurotransmissão e resposta hormonal, particularmente em altas latitudes ( 1 ). A redução da duração do dia no inverno nos países do norte está associada ao transtorno afetivo sazonal (TAS), um transtorno do humor caracterizado por episódios depressivos e remissão dos sintomas no verão ( 2 ). Pacientes com TAS tratados com terapia de luz brilhante ao amanhecer geralmente apresentam remissão dos sintomas depressivos dentro de dias de tratamento ( 3). A terapia de luz brilhante também é usada para tratar depressão maior não sazonal, depressão pós-parto e transtorno bipolar ( 4 – 6 ) e melhora a qualidade de vida em pacientes com doenças de Alzheimer e Parkinson ( 7 , 8 ). Apesar do conhecido impacto da luz na saúde humana, os mecanismos pelos quais o cérebro se adapta às mudanças na exposição à luz ainda estão incompletos. Nos mamíferos, as células ganglionares da retina intrinsecamente fotossensíveis (ipRGCs) são responsáveis pela detecção de luz não formadora de imagem .). Um dos principais alvos do ipRGC é o núcleo supraquiasmático hipotalâmico (SCN), o marcapasso circadiano que sincroniza sua atividade neuronal com o ciclo claro-escuro externo e comunica informações sobre a hora do dia para outras regiões do cérebro, regulando os ritmos diários e a fisiologia sazonal ( 11 ). A capacidade de resposta do SCN à luz e sua capacidade de regular o humor e a aprendizagem sugerem a possibilidade de um efeito do fotoperíodo mediado pelo SCN na saúde mental.
O SCN é um pequeno núcleo composto por ~ 20.000 neurônios ( 12 , 13 ), quase todos os quais expressam o neurotransmissor (NT) ácido γ-aminobutírico (GABA) em combinação com vários neuropeptídeos. O núcleo receptor do trato retino-hipotalâmico (RHT) do SCN é composto de neurônios responsivos à luz que recebem entrada glutamatérgica dos ipRGCs ( 14 ). A maioria das células nesta região do núcleo ventral expressa polipeptídeo intestinal vasoativo (VIP) e/ou peptídeo liberador de gastrina (GRP) ( 15 , 16 ), enquanto a maioria das células na concha dorsal, que recebe aporte de menos fibras RHT, expressa arginina vasopressina ( AVP) ( 17). VIP e GABA são importantes para a sincronização de neurônios SCN entre si através de conexões sinápticas locais ( 17 , 18 ). Neuromedin S (NMS) é um neuropeptídeo com expressão restrita ao SCN que desempenha um papel importante na sincronia do SCN e nos comportamentos circadianos ( 19 , 20 ). NMS é expresso em ~40% de todos os neurônios SCN, incluindo a maioria, mas não todos, neurônios que expressam SCN AVP e VIP ( 20 ).
Os neurônios SCN coordenam-se uns com os outros para se adaptar a diferentes fotoperíodos, levando a mudanças altamente plásticas nos níveis celular e de rede ( 11 ). Formas tradicionais de plasticidade neural e mudanças na expressão do gene do relógio contribuem para tais mudanças na organização do marcapasso SCN ( 21 , 22 ). O SCN codifica explicitamente mudanças sazonais no fotoperíodo pelas fases relativas dos ritmos diários da atividade elétrica e expressão do gene do relógio de neurônios SCN individuais ( 23 , 24 ). Usando tecido cerebral humano post mortem, Hofman et al. ( 25 , 26) encontraram variação sazonal marcante no número de neurônios contendo AVP no SCN. Mudanças sazonais na exposição à luz também demonstraram alterar o número de neurônios que expressam NT no núcleo paraventricular (PVN). Mudanças nos neurônios AVP no SCN foram encontradas para mudanças paralelas no PVN em humanos ( 25 ). Dulcis et ai. mostraram que fotoperíodos alterados podem induzir uma forma de plasticidade NT via chaveamento somatostatina-dopamina em ratos adultos ( 27 ) e camundongos ( 28 ) PVN, com alterações concomitantes na resposta ao estresse. As exposições à luz de verão e inverno também foram associadas a mudanças no número total de neurônios dopaminérgicos (DA) em humanos.). Como as mudanças no fotoperíodo demonstraram induzir alterações na expressão do gene NT tanto no SCN quanto no PVN, que não é diretamente receptor do retino, mas recebe projeções densas do SCN ( 30 ), hipotetizamos que as mudanças sazonais na exposição à luz que afetam o NT A expressão em neurônios SCN pode contribuir para a plasticidade induzida pelo fotoperíodo no PVN, regulando assim as mudanças sazonais na fisiologia e no comportamento.
Neste estudo, mostramos que camundongos expostos a dias curtos exibem um número reduzido de neurônios VIP no SCN paralelamente a um número aumentado de neurônios que expressam NMS. Consistente com a mudança de NT, a razão de coexpressão desses neuropeptídeos também é afetada ( 31 ). Especificamente, dias curtos induzem um pool neuronal ( 32 ) de NMS preexistente −neurônios sofrem comutação NT e adquirem o fenótipo NMS. Além disso, descobrimos o papel dos neurônios NMS na regulação da função hipotalâmica em resposta à duração do dia. Descobrimos que os neurônios SCN NMS se projetam para os neurônios dopaminérgicos PVN e regulam sua atividade em resposta ao fotoperíodo. A inibição crônica dos neurônios NMS durante o fotoperíodo curto atrasa o início da atividade locomotora e diminui o número de neurônios dopaminérgicos no PVN. A ativação quimiogênica seletiva de neurônios NMS na condição 12L:12D, mas não de neurônios VIP, altera o ritmo de atividade locomotora diária e é suficiente para aumentar o número de neurônios DA no PVN ( 31 ).
Nossas descobertas fornecem um mecanismo anteriormente desconhecido pelo qual a rede SCN-PVN se adapta às mudanças sazonais na exposição à luz. Como os neurônios NMS são expressos exclusivamente no SCN, nossos dados identificam alvos promissores para o desenvolvimento de novos tratamentos para distúrbios associados a mudanças sazonais na exposição à luz.
Autores Informações E Afiliações
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Fonte: Science Advances / Neurociência / Publicado 02-09-2022
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn9867
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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