Neurogênese - Neurogenesis
| Neurogênese | |
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 Uma neurosfera de células-tronco neurais em embriões de rato se espalha em uma única camada de células. A) Neurosfera de células da zona subventricular após dois dias em cultura. B) Mostra a neurosfera em quatro dias em cultura e células migrando. C) Células na periferia da neurosfera, principalmente com processos de extensão.
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| Identificadores | |
| Malha | D055495 |
| Terminologia anatômica | |
Neurogênese é o processo pelo qual as células do sistema nervoso , os neurônios , são produzidas por células-tronco neurais (NSCs). Ocorre em todas as espécies de animais, exceto os porifera (esponjas) e placozoários . Os tipos de NSCs incluem células neuroepiteliais (NECs), células gliais radiais (RGCs), progenitores basais (BPs), precursores neuronais intermediários (INPs), astrócitos da zona subventricular e astrócitos radiais da zona subgranular , entre outros.
A neurogênese é mais ativa durante o desenvolvimento embrionário e é responsável pela produção de todos os vários tipos de neurônios do organismo, mas continua ao longo da vida adulta em uma variedade de organismos. Uma vez nascidos, os neurônios não se dividem (veja mitose ), e muitos viverão o tempo de vida do animal.
Neurogênese em mamíferos
Neurogênese do desenvolvimento
Durante o desenvolvimento embrionário, o sistema nervoso central dos mamíferos (SNC; cérebro e medula espinhal ) é derivado do tubo neural , que contém NSCs que mais tarde irão gerar neurônios . No entanto, a neurogênese não começa até que uma população suficiente de NSCs seja alcançada. Essas células-tronco iniciais são chamadas de células neuroepiteliais (NEC) s, mas logo assumem uma morfologia radial altamente alongada e são conhecidas como células gliais radiais (RGC) s. RGCs são as células-tronco primárias do SNC dos mamíferos e residem na zona ventricular embrionária , que fica adjacente à cavidade central cheia de líquido ( sistema ventricular ) do tubo neural . Após a proliferação de RGC, a neurogênese envolve uma divisão celular final do RGC pai, que produz um de dois resultados possíveis. Primeiro, isso pode gerar uma subclasse de progenitores neuronais chamados precursores neuronais intermediários (INP) s, que se dividirão uma ou mais vezes para produzir neurônios. Alternativamente, os neurônios filhos podem ser produzidos diretamente. Os neurônios não formam circuitos neurais imediatamente por meio do crescimento de axônios e dendritos. Em vez disso, os neurônios recém-nascidos devem primeiro migrar longas distâncias para seus destinos finais, amadurecendo e, finalmente, gerando circuitos neurais. Por exemplo, os neurônios nascidos na zona ventricular migram radialmente para a placa cortical , que é onde os neurônios se acumulam para formar o córtex cerebral . Assim, a geração de neurônios ocorre em um compartimento de tecido específico ou 'nicho neurogênico' ocupado por suas células-tronco parentais.
A taxa de neurogênese e o tipo de neurônio gerado (em geral, excitatório ou inibitório) são determinados principalmente por fatores moleculares e genéticos. Esses fatores incluem, nomeadamente, a via de sinalização Notch , e muitos genes foram associados à regulação da via Notch . Os genes e mecanismos envolvidos na regulação da neurogênese são objeto de intensa pesquisa em ambientes acadêmicos, farmacêuticos e governamentais em todo o mundo.
A quantidade de tempo necessária para gerar todos os neurônios do SNC varia amplamente entre os mamíferos, e a neurogênese do cérebro nem sempre está completa no momento do nascimento. Por exemplo, os camundongos sofrem neurogênese cortical por volta do dia embrionário (dia pós-concepção) (E) 11 a E17, e nascem por volta de E19.5. Os furões nascem em E42, embora seu período de neurogênese cortical só termine alguns dias após o nascimento. Em contraste, a neurogênese em humanos geralmente começa por volta da semana gestacional (GW) 10 e termina por volta de GW 25 com nascimento por volta de GW 38-40.
Modificação epigenética
À medida que o desenvolvimento embrionário do cérebro dos mamíferos se desenvolve, as células progenitoras neurais e as células-tronco mudam de divisões proliferativas para divisões diferenciativas . Essa progressão leva à geração de neurônios e glias que povoam as camadas corticais . As modificações epigenéticas desempenham um papel fundamental na regulação da expressão gênica na diferenciação celular de células-tronco neurais . Modificações epigenéticas incluem metilação de citosina de DNA para formar 5-metilcitosina e desmetilação de 5-metilcitosina . Essas modificações são críticas para a determinação do destino celular no cérebro de mamíferos em desenvolvimento e adultos.
A metilação da citosina do DNA é catalisada por DNA metiltransferases (DNMTs) . A desmetilação da metilcitosina é catalisada em vários estágios por enzimas TET que realizam reações oxidativas (por exemplo, 5-metilcitosina a 5-hidroximetilcitosina ) e enzimas da via de reparo por excisão de base de DNA (BER).
Neurogênese adulta
A neurogênese pode ser um processo complexo em alguns mamíferos. Em roedores, por exemplo, os neurônios do sistema nervoso central surgem de três tipos de células-tronco neurais e células progenitoras: células neuroepiteliais, células gliais radiais e progenitoras basais, que passam por três divisões principais: divisão proliferativa simétrica; divisão neurogênica assimétrica; e divisão neurogênica simétrica. De todos os três tipos de células, as células neuroepiteliais que passam por divisões neurogênicas têm um ciclo celular muito mais estendido do que aquelas que passam por divisões proliferativas, como as células gliais radiais e progenitores basais. Em humanos, foi demonstrado que a neurogênese adulta ocorre em níveis baixos em comparação com o desenvolvimento, e em apenas duas regiões do cérebro: a zona subventricular adulta (SVZ) dos ventrículos laterais e o giro denteado do hipocampo ; embora pesquisas mais recentes (2020) confirmem a neurogênese adulta em todo o cérebro.
Zona subventricular
Em muitos mamíferos, incluindo roedores, o bulbo olfatório é uma região do cérebro que contém células que detectam o cheiro , caracterizando a integração de neurônios nascidos no adulto, que migram do SVZ do estriado para o bulbo olfatório através do fluxo migratório rostral (RMS). Os neuroblastos em migração no bulbo olfatório tornam-se interneurônios que ajudam o cérebro a se comunicar com essas células sensoriais. A maioria desses interneurônios são células granulares inibitórias , mas um pequeno número são células periglomerulares . No SVZ adulto, as células-tronco neurais primárias são astrócitos SVZ em vez de RGCs. A maioria dessas células-tronco neurais adultas permanece dormente no adulto, mas em resposta a certos sinais, essas células dormentes, ou células B, passam por uma série de estágios, primeiro produzindo células em proliferação, ou células C. As células C então produzem neuroblastos , ou células A, que se tornarão neurônios.
Hipocampo
Neurogênese significativa também ocorre durante a idade adulta no hipocampo de muitos mamíferos, de roedores a alguns primatas , embora sua existência em humanos adultos seja discutida. O hipocampo desempenha um papel crucial na formação de novas memórias declarativas, e foi teorizado que a razão pela qual bebês humanos não podem formar memórias declarativas é porque eles ainda estão passando por extensa neurogênese no hipocampo e seus circuitos geradores de memória são imaturos. Muitos fatores ambientais, como exercícios, estresse e antidepressivos, alteram a taxa de neurogênese no hipocampo de roedores. Algumas evidências indicam que a neurogênese pós-natal no hipocampo humano diminui drasticamente em recém-nascidos no primeiro ou dois anos após o nascimento, caindo para "níveis indetectáveis em adultos".
Neurogênese em outros organismos
A neurogênese foi melhor caracterizada em organismos modelo , como a mosca da fruta Drosophila melanogaster . A neurogênese nesses organismos ocorre na região do córtex medular de seus lobos ópticos. Esses organismos podem representar um modelo para a análise genética da neurogênese adulta e regeneração do cérebro. Há pesquisas que discutem como o estudo de “células progenitoras responsivas a danos” em Drosophila pode ajudar a identificar a neurogênese regenerativa e como encontrar novas maneiras de aumentar a reconstrução do cérebro. Recentemente, foi feito um estudo para mostrar como a “neurogênese adulta de baixo nível” foi identificada em Drosophila, especificamente na região do córtex medular, na qual precursores neurais poderiam aumentar a produção de novos neurônios, fazendo com que ocorresse a neurogênese. Em Drosophila, a sinalização Notch foi descrita pela primeira vez, controlando um processo de sinalização célula a célula denominado inibição lateral , no qual os neurônios são gerados seletivamente a partir de células epiteliais . Em alguns vertebrados, também foi demonstrado que a neurogênese regenerativa ocorre.
Outras descobertas
Há evidências de que novos neurônios são produzidos no giro denteado do hipocampo mamífero adulto, a região do cérebro importante para o aprendizado, motivação, memória e emoção. Um estudo relatou que células recém-feitas no hipocampo de camundongo adulto podem exibir propriedades de membrana passiva, potenciais de ação e entradas sinápticas semelhantes às encontradas em células granulares dentadas maduras. Essas descobertas sugerem que essas células recém-formadas podem amadurecer em neurônios mais práticos e úteis no cérebro de mamíferos adultos.