Células nervosas derivadas de pacientes com síndrome de Rett mostraram alterações na estrutura, função e conectividade de rede que dependem da gravidade das alterações genéticas MECP2 que causam a condição, revelou um estudo.
As células nervosas de um raro paciente com Rett atípico com doença leve e fala preservada apresentaram alterações estruturais centrais semelhantes, mas defeitos funcionais e de rede limitados em comparação com células derivadas de um paciente com Rett grave.
O estudo, “ Amplo espectro de fenótipos neuronais e de rede em neurônios excitatórios derivados de células-tronco humanas com mutações MECP2 associadas à síndrome de Rett ”, foi publicado na revista Translational Psychiatry .
Até 95% dos casos de síndrome de Rett são causados por mutações no gene MECP2 , que codifica a proteína de mesmo nome: MECP2. Essa proteína se liga ao DNA e regula a atividade de outros genes regulando a estrutura da cromatina, o feixe de DNA e proteínas que compõe os cromossomos. Essas mudanças na cromatina controlam a atividade de outros genes ligando-os ou desligando-os.
Como a proteína MECP2 é encontrada principalmente em células nervosas (neurônios), essas mutações levam a um MECP2 defeituoso que afeta o desenvolvimento e a função cerebral adequados. Embora os sintomas variem amplamente entre os pacientes com Rett, a condição geralmente prejudica a capacidade de caminhar e se comunicar.
Modelos de neurônios Rett derivados de células-tronco demonstraram muitas características celulares observadas em modelos de camundongos e pacientes com Rett.
Proteína mutante MECP2 com capacidade reduzida de se ligar ao DNA
Neste trabalho, pesquisadores no Canadá, juntamente com colaboradores nos Estados Unidos, compararam os neurônios derivados de células-tronco de um paciente com mutações clássicas causadoras de Rett grave aos derivados de um paciente Rett atípico com doença mais branda e fala preservada.
Este paciente carrega uma mutação MECP2 que resultou em uma proteína MECP2 mutante (L124W) com uma capacidade reduzida de se ligar ao DNA. Os sintomas incluem estereotipias manuais típicas (movimentos repetitivos), mas boas habilidades manuais, tamanho normal da cabeça, recuperação da linguagem usando palavras ou frases isoladas e deficiências intelectuais mais leves.
Experimentos iniciais demonstraram que a cromatina foi interrompida quando as células do camundongo carregavam uma das duas mutações MECP2 associadas ao Rett grave. Em contraste, em células com MECP2-L124W, houve interrupção limitada da cromatina. Experimentos confirmaram que a proteína MECP2-L124W reduziu a capacidade de ligação ao DNA.
A equipe criou neurônios derivados de células-tronco do paciente L124W e de uma menina com Rett grave que carrega uma rara mutação nula na qual o MECP2 estava completamente ausente. Duas outras linhas celulares de controle foram geradas pela exclusão de MECP2. Os experimentos mostraram que a proteína mutante MECP2-L124W estava presente e produzida em níveis inalterados nas células L124W.
A função do neurônio foi avaliada usando patch clamp de células inteiras, um método para estudar o fluxo de íons dentro e fora dos neurônios, que gera correntes elétricas.
Alterações no fluxo de corrente foram observadas em neurônios sem MECP2, bem como uma deficiência no disparo do potencial de ação ou na capacidade de estimular um sinal elétrico. A amplitude e a frequência dos impulsos também foram reduzidas nessas células, semelhantes às conhecidas características associadas a Rett, observou a equipe.
Em comparação, embora as correntes nos neurônios do paciente L124W fossem menores do que nas células de controle, esses neurônios não exibiram uma deficiência no disparo de potenciais de ação nem reduções na amplitude ou frequência do impulso.
Como esperado, a análise de imagem mostrou que os neurônios sem MECP2 eram menores com comprimento de dendrito reduzido – ramos que se estendem de corpos de células nervosas que se conectam com fibras nervosas (axônios) de outros neurônios para se comunicar. Em contraste, os neurônios L124W não mostraram alterações na área do corpo celular ou no comprimento dos dendritos.
As células deletadas de MECP2 também tinham uma densidade menor de sinapses, a lacuna de sinalização entre axônios e dendritos, mas os neurônios L124W não. Uma análise mais detalhada mostrou que os neurônios L124W diminuíram a complexidade de ramificação em relação aos controles, semelhante à complexidade de ramificação reduzida em neurônios com deleção de MECP2.
No geral, “os neurônios L124W mostram apenas o subconjunto central de mudanças de complexidade dendrítica compartilhadas com os neurônios nulos MECP2”, observaram os pesquisadores.
Durante o desenvolvimento do cérebro, neurônios individuais se conectam para formar redes que produzem padrões distintos de atividade elétrica sincronizada. Esses padrões ajudam a moldar a estrutura e a função da rede no cérebro em desenvolvimento.
Atividade neural de alta frequência
Todas as amostras de neurônios foram cocultivadas com astrócitos de camundongos, células do sistema nervoso que sustentam os neurônios e facilitam a formação de redes. Após três semanas, as gravações atuais foram coletadas semanalmente, mostrando o surgimento de atividade neural de alta frequência.
As redes de neurônios derivadas do paciente L124W não mostraram diferenças significativas na taxa média de impulso elétrico (disparo) em comparação com os controles normais. Em momentos posteriores, a frequência das rajadas elétricas em toda a rede aumentou e sua duração diminuiu, mas nenhuma outra diferença foi observada.
Comparativamente, as rajadas elétricas de rede com exclusão de MECP2 mostraram uma diminuição consistente na frequência em relação aos controles começando em quatro semanas, seguidas por durações de rajada de rede mais longas que surgiram nas semanas cinco a seis.
“Usamos uma abordagem multinível para identificar uma variedade de [características] associadas a [Rett] relacionadas à forma e função em neurônios excitatórios isogênicos derivados de células-tronco humanas que abrigam uma nova [L124W] ou mutações nulas de MECP2 ”, escreveram os autores. “Definimos um conjunto central de fenótipos celulares e de rede em neurônios atípicos [Rett] e identificamos fenótipos sinápticos e morfológicos adicionais presentes em neurônios nulos”.
