Gene En1 revela memória motora na medula espinal

Mesmo sem cabeça, muitos insetos continuam a dar pontapés e a contorcer-se até que, finalmente esgotados, os seus movimentos param por completo.

Há já algum tempo que os cientistas sabem que a medula espinal consegue produzir movimentos dos membros que vão além de simples contrações reflexas, chegando mesmo a adaptar-se para evitar estímulos desagradáveis.

No entanto, permanecia por esclarecer de que forma os seus neurónios «aprendem» novas respostas sem intervenção do cérebro.

Um estudo realizado em ratinhos transgénicos por investigadores do VIB-Neuro-Electronics Research Flanders, na Bélgica, identificou o papel de um gene específico expresso nos nervos espinais na memorização de respostas a potenciais ameaças.

«Estes resultados não só põem em causa a ideia predominante de que a aprendizagem e a memória motoras estão exclusivamente circunscritas aos circuitos cerebrais, como demonstrámos que é possível manipular a evocação motora na medula espinal, algo com implicações para terapias destinadas a melhorar a recuperação após lesões da medula espinal», afirma a neurologista e investigadora sénior Aya Takeoka.

A medula espinal e a aprendizagem motora

Embora o cérebro detenha a decisão final sobre a maioria dos movimentos, a medula espinal é muito mais do que uma simples via de passagem para sinais nervosos. Contém populações de neurónios geneticamente diversificadas, capazes de se moldar às necessidades individuais relacionadas com a locomoção ou o afastamento da dor à medida que o organismo se desenvolve.

Apesar da complexidade deste órgão, os nervos da medula espinal podem ser agrupados, em termos gerais, em duas categorias fundamentais: os neurónios dorsais, que transportam informação sensorial, e os tecidos ventrais, que controlam as respostas motoras.

Em ambas as classes, os neurónios inibitórios funcionam como barreiras de controlo, ajustando e coordenando sensações e movimentos em nome do cérebro.

Perceber como estas classificações distintas de tecido da medula espinal colaboram para aprender respostas inéditas muito depois de os nervos estarem estabelecidos tornou-se uma questão urgente para os neurologistas que procuram formas de ajudar nervos lesionados a recuperar.

Takeoka e a sua equipa colocaram ratinhos com a medula espinal seccionada em suportes que mantinham os membros posteriores suspensos no ar, deixando-os mover-se livremente. Sem que o cérebro enviasse ou recebesse sinais das patas traseiras, todas as respostas dependiam dos nervos espinais.

Ao estimularem as patas dos animais de teste com ligeiras descargas elétricas - num caso, em momentos aleatórios; no outro, apenas quando a pata descia até uma determinada posição - os investigadores conseguiram avaliar se a medula espinal era capaz de aprender a reagir a um estímulo negativo.

Depois de um ratinho ter aprendido a puxar as patas traseiras para cima, a equipa trocou as funções atribuídas a cada animal no dia seguinte. Assim, demonstrou que as respostas aprendidas não eram adaptações de curto prazo: os nervos tinham realmente adquirido uma nova capacidade.

Os genes Ptf1a e En1 na memória da medula espinal

Em seguida, a equipa recorreu a seis tipos distintos de ratinhos geneticamente modificados para isolar os mecanismos mais prováveis de conservação da memória do choque elétrico nos nervos espinais.

Ao excluírem, um a um, vários tipos de células nervosas geneticamente distintos, verificaram que os animais com nervos comprometidos na parte superior da medula, sobretudo os que não possuíam um gene Ptf1a funcional, eram incapazes de se adaptar aos choques. Nos que se tinham adaptado, a desativação do Ptf1a não eliminou o que tinham aprendido.

Já a desativação de um segundo gene, que codifica a proteína homeobox engrailed-1 - o gene En1 - nos nervos ventrais da zona inferior da medula espinal fez com que os ratinhos adaptados «esquecessem» como responder aos choques em testes de acompanhamento realizados no dia seguinte. Por outro lado, estimular artificialmente esses mesmos nervos devolveu-lhes a capacidade de recordar o reflexo.

Do ponto de vista médico, compreender como a medula espinal pode manter-se plástica ao longo da vida e continuar a responder a alterações do ambiente poderá estimular novas investigações sobre tratamentos para danos no sistema nervoso humano.

«Compreender o mecanismo subjacente é essencial se quisermos perceber as bases da automaticidade dos movimentos em pessoas saudáveis e utilizar este conhecimento para melhorar a recuperação após uma lesão da medula espinal», afirma Takeoka.

Esta investigação foi publicada na Science Advances.