Quando uma memória de longo prazo se consolida, algumas células cerebrais experimentam uma onda de atividade elétrica tão intensa que danifica seu DNA. Em seguida, uma resposta inflamatória é acionada, reparando esse dano e auxiliando na fixação da memória, como indicado por um estudo em ratos.
Os resultados, divulgados em 27 de março na revista Nature, são descritos como “muito promissores” por Li-Huei Tsai, uma neurobióloga do Instituto de Tecnologia de Massachusetts em Cambridge, que não participou do estudo. Essas descobertas contribuem para a compreensão de que o processo de formação de memórias é um evento complexo e desafiador. Normalmente, rupturas na molécula de DNA de dupla hélice estão associadas a doenças, incluindo câncer. No entanto, neste caso, o ciclo de danos e reparos no DNA oferece uma explicação de como as memórias podem ser codificadas e mantidas.
Além disso, há uma sugestão intrigante: esse processo pode estar comprometido em pessoas com doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, resultando em um acúmulo de erros no DNA neuronal, afirma Jelena Radulovic, coautora do estudo e neurocientista da Faculdade de Medicina Albert Einstein, em Nova York.
Resposta imunológica
Esta não é a primeira vez que o dano ao DNA é relacionado à memória. Em 2021, Tsai e sua equipe demonstraram que as rupturas de DNA de dupla hélice são comuns no cérebro e estão associadas ao aprendizado.
Para compreender melhor o papel dessas rupturas de DNA na formação da memória, Radulovic e seus colegas treinaram ratos para associar um pequeno choque elétrico a um novo ambiente. Quando os animais foram reintroduzidos nesse ambiente, eles demonstraram sinais de memória, como o congelamento no lugar, indicando que ‘lembravam’ da experiência. Em seguida, os pesquisadores analisaram a atividade gênica em neurônios do hipocampo, uma área-chave para a memória. Eles observaram que certos genes responsáveis pela inflamação estavam ativos em um grupo específico de neurônios quatro dias após o treinamento. Entretanto, três semanas depois, esses genes estavam consideravelmente menos ativos.
Essa resposta inflamatória é semelhante àquela desencadeada quando as células imunológicas detectam fragmentos de DNA dentro das células, explica Radulovic. No entanto, neste caso, os neurônios estavam reagindo ao seu próprio DNA, em vez de a invasores externos.
O TLR9, uma proteína envolvida na detecção de DNA danificado, foi mais ativo em um grupo específico de neurônios do hipocampo onde as rupturas de DNA persistiam após tentativas de reparo. Nessas células, a maquinaria de reparo do DNA se concentrou em uma estrutura chamada centrossoma, normalmente associada à divisão e diferenciação celular. Apesar de os neurônios maduros não se dividirem, a presença do centrossoma no reparo do DNA é surpreendente, segundo Radulovic. Ela especula se as memórias são formadas por meio de um mecanismo semelhante ao processo de detecção de substâncias estranhas pelas células imunológicas. Durante os ciclos de dano e reparo, os neurônios podem registrar informações sobre o evento que desencadeou as rupturas de DNA, sugere ela.
Quando os pesquisadores eliminaram o gene responsável pela proteína TLR9 em ratos, os animais tiveram dificuldade em lembrar memórias de longo prazo de seu treinamento: eles congelaram com menos frequência quando colocados no ambiente onde foram expostos ao choque elétrico em comparação com os ratos com o gene intacto. Essas descobertas sugerem que “nosso próprio DNA está sendo usado como um sistema de sinalização” para “armazenar informações por longos períodos”, conforme descreve Radulovic.
Encaixando as peças
Como as descobertas desta equipe se relacionam com outras pesquisas sobre a formação da memória ainda não está claro. Por exemplo, estudos anteriores mostraram que um grupo específico de neurônios do hipocampo, conhecidos como engramas, são essenciais para a formação da memória. Essas células são consideradas marcas físicas de uma única memória e expressam certos genes após um evento de aprendizado. No entanto, o grupo de neurônios observado por Radulovic e seus colegas, onde ocorreu a inflamação relacionada à memória, é em grande parte diferente dos engramas, afirmam os autores.
Tomás Ryan, um neurocientista especializado em engramas do Trinity College Dublin, considera que o estudo fornece “a melhor evidência até agora de que o reparo do DNA é importante para a memória”. No entanto, ele questiona se os neurônios estão codificando algo distinto dos engramas; em vez disso, sugere que o dano e o reparo do DNA podem ser uma consequência da formação do engrama. “A formação de um engrama é um evento de grande impacto; é necessário um processo de limpeza extenso depois”, afirma.
Tsai espera que pesquisas futuras explorem como ocorrem as rupturas de DNA de dupla hélice e se elas são observadas em outras regiões do cérebro.
Clara Ortega de San Luis, uma neurocientista que trabalha com Ryan no Trinity College Dublin, destaca que esses resultados chamam a atenção para os mecanismos subjacentes à formação e à persistência da memória dentro das células. Ela observa que há um amplo conhecimento sobre a conectividade entre neurônios e a plasticidade neural, mas ainda há lacunas no entendimento do que acontece dentro dos neurônios.
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-00930-y