Um atlas detalhado da expressão gênica no cérebro do peixe-zebra – ScienceDaily

Quando alguém viaja por um terreno acidentado, os mapas são úteis. Eles também ajudam os pesquisadores a estudar a complexa organização do cérebro. Cientistas do Instituto Max Planck de Inteligência Biológica criaram um novo conjunto de mapas para o cérebro do peixe-zebra. Eles determinaram a atividade de centenas de genes com resolução de célula única e montaram os mapas em um atlas interativo. O recurso on-line ajuda os pesquisadores a encontrar o caminho do cérebro desse vertebrado e fornece novos insights sobre a estrutura e função neural.

Uma intrincada rede de células cerebrais (neurônios) permite que o peixe-zebra sinta seu ambiente, encontre comida ou parceiros de acasalamento e escape de predadores. Todas essas células abrigam a mesma informação genética, mas se especializam em diferentes funções. É a expressão de certos genes – o processo de copiar a informação genética em RNAs mensageiros e traduzi-los em proteínas – que determina a forma, a conectividade e o papel de um neurônio no comportamento. Neurônios com propriedades semelhantes pertencem ao mesmo tipo. Estima-se que existam centenas, senão milhares, de tipos diferentes no cérebro de um peixe. Números semelhantes se aplicam ao cérebro humano.

Saber quais genes são expressos e onde eles ajudam os pesquisadores a entender como o cérebro funciona e como ele controla o comportamento do peixe-zebra. No entanto, os tipos de células neuronais subjacentes a um comportamento específico são notoriamente difíceis de desvendar, e os mapas que ajudam os cientistas a se localizar no cérebro têm muitos pontos em branco.

“Antes, tínhamos apenas informações limitadas sobre a expressão gênica no cérebro do peixe-zebra”, explica Inbal Shainer, pesquisador de pós-doutorado no departamento de Herwig Baier. “Os dados eram de baixa resolução e não podiam ser combinados com os mais recentes tipos de células e mapas de estrutura cerebral. Nosso trabalho agora preenche essa lacuna.”

Para reduzir os pontos em branco nos mapas existentes, Inbal Shainer, Enrico Kuehn e seus colegas usaram um método que torna a expressão de genes individuais visíveis ao microscópio. O método é sensível o suficiente para detectar diferenças na expressão gênica em todo o cérebro do peixe-zebra em resolução muito alta – até o nível de células individuais.

A partir dos dados obtidos, os pesquisadores prepararam um mapa de expressão para cada gene e fundiram centenas desses mapas em um atlas. O novo atlas de expressão gênica integra-se perfeitamente com os dados existentes do atlas Max Planck Zebrafish Brain (mapzebrain), que contém informações sobre estruturas cerebrais, tipos de células e as conexões entre as células. Ao observar essas características e a expressão gênica combinada, os cientistas podem obter uma imagem mais holística de como a informação é processada no cérebro do peixe-zebra.

Por exemplo, os pesquisadores estudaram como os estímulos ambientais alteram a expressão do cfos gene — um marcador para células nervosas altamente ativas. Quando um peixe-zebra jovem comia comida, o cfos a expressão gênica aumentou em áreas do cérebro que detectam presas e controlam os movimentos de caça, mas também em um grupo de células que estão ligadas ao hipotálamo lateral, região do cérebro envolvida na sinalização de fome e saciedade.

“Incluir a expressão do gene no mapzebrain já nos forneceu novos e empolgantes insights. Experimentos de acompanhamento mostrarão se as células que encontramos estão realmente provocando um sinal de saciedade”, diz Enrico Kuehn, biólogo molecular do departamento de Herwig Baier.

O atlas zebrafish é uma ferramenta on-line de código aberto, e a comunidade de pesquisa está constantemente contribuindo com dados para os conjuntos de dados existentes. Os cientistas podem inspecionar e analisar imagens online, baixá-las para seus dispositivos ou conectar o atlas a outras ferramentas online.

Os pesquisadores do departamento de Herwig Baier estão otimistas de que o atlas mapzebrain continuará a crescer, à medida que mais genes e mapas mais detalhados de células cerebrais estão sendo adicionados. Como próximo passo, a equipe pretende incluir informações sobre circuitos neuronais que foram recentemente obtidas por microscopia eletrônica. “A combinação de diferentes conjuntos de dados permite que a comunidade de pesquisa do peixe-zebra obtenha insights totalmente novos sobre a base genética da função cerebral. Isso nos permitirá entender melhor como o cérebro se desenvolve e como ele opera”, conclui Inbal Shainer.

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