Especificação celular e expressão genética no hipotálamo

Genetic 'Parts' List Now Available for Hypothalamus -- Key Part of the Mammalian Brain

ScienceDaily (June 9, 2010) - Uma equipe de pesquisa formada por cientistas da Johns Hopkins e do Japão produziu a primeira lista abrangente das 'partes' genéticas do hipotálamo do rato, uma enigmática região do cérebro - mais ou menos do tamanho de uma cereja, em humanos - que controla fome, sede, fadiga, temperatura corporal, ciclos de sono e vigília e conecta o SNC para o controle de níveis hormonais.

Falhas no desenvolvimento do hipotálamo podem estar na base de problemas de equilíbrio metabólico tanto inatos como adquiridos que podem levar a obesidade, diabetes, distúrbios do humos e pressão sanguínea alta, de acordo com um comunicado sobre um estudo publicado em 2 de maio na publicação antecipada da Nature Neuroscience.

"Saber como as células se desenvolvem nessa parte do cérebro vai nos ajudar a entender como elas regulam o comportamento, o humor e o metabolismo", disse Seth Blackshaw, PhD, professor adjunto do Solomon H. Snyder Department of Neuroscience, Johns Hopkins University School of Medicine.

O hipotálamo é uma das partes do cérebro mais diversificadas e complexas, e ter um índice dos genes envolvidos na produção dos seus muitos tipos de células é uma caixa de ferramentas que os cientistas podem usar para manipular a atividade de células cerebrais e ligá-las ou desligá-las, ou traçar suas conexões. Isto, em última análise, pode levar a melhores diagnósticos e opções de tratamento para diversos tipos de distúrbios.

"O estudo do desenvolvimento hipotalâmico, particularmente da especificação celular, nos ajudará a entender como funcionam os neurônios do hipotálamo para regular o comportamento e a fisiologia", disse Blackshaw. "Em virtude de termos visto onde e quando certos genes se ligam, agora identificamos um conjunto de prováveis participantes que dirigem a montagem de diferentes partes do hipotálamo e que especificam os diversos tipos individuais de células que existem nele".

O hipotálamo é composto de pelo menos dúzias de tipos de neurônios - mais provavelmente centenas - e cada um deles corresponde a um gene que permaneceu não identificado até hoje. Sua formação celular se parece mais com uma travessa de espaguete do que com um sanduíche comum montado organizadamente, de acordo com Blackshaw. O catálogo dos marcadores moleculares identificados aqui auxilia a deslindar essa complexidade.

O primeiro desafio da equipe foi dissecar, bem no início do desenvolvimento neural, a parte do cérebro do rato que se desenvolve para formar o hipotálamo, e então cortar diminutas fatias dessa região para utilizar em análise de microformações, uma tecnologia que revela uma atividade genética múltipla. Analisando os aproximados 20.000 genes do genoma do rato, a equipe identificou 1.200 como estando fortemente ativados no desenvolvimento do hipotálamo e caracterizou as células do hipotálamo nas quais esses genes eram ativados. A equipe então caracterizou a expressão dos 350 genes mais interessantes em detalhes utilizando um outro gene chamado Shh, para Sonic Hedgehog, como marca para identificar a região precisa do hipotálamo na qual esses genes eram ativados. Isto envolveu processar perto de 20.000 seções de tecido - fatiadas meticulosamente com uma espessura de 1/50 mm e então examinadas individualmente.

"Conseguimos utilizar esses dados para encontrar genes cuja expressão se combinava com cada núcleo hipotalâmico individual, e em essência montamos um quebra-cabeça dos padrões de expressão genética que envolvia completamente o hipotálamo em desenvolvimento", disse Backshaw. "Agora que temos um conjunto completo de marcos, juntamente com uma extensa lista de partes moleculares, podemos começar a aprender como essas partes se encaixam para criar esta região cerebral essencial e altamente complexa".

Os autores do estudo, além de Blackshaw, são Daniel A. Lee, Ana Miranda-Angulo, Yangqin Yang, Aya C. Yoshida, Hong Wang, Hiromi Mashiko, Lizhi Jiang, Marina Avetisyan, Lixin Qi, and Jiang Qian, todos da Johns Hopkins; Ayane Kataoka e Tomomi Shimogori do RIKEN-BSI, 2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama, Japan.