Modelos de Zebrafish Iluminam SLC13A5 e Epilepsia

SLC13A5 é um gene que dá as instruções para fazer uma proteína chamada transportador de citrato acoplado ao sódio (NaCT). Essa proteína é importante para transportar o citrato, uma substância que tem um papel chave em vários processos no corpo. Esse gene tá presente em muitos mamíferos, incluindo a gente, e é mais ativo no fígado, testículos, ossos e cérebro. No cérebro, esse transportador ajuda os Neurônios a absorver citrato do sangue e de células de suporte próximas, chamadas astrocytes. O citrato é vital pra fazer gorduras e colesterol e pra gerenciar como a energia é usada pelo corpo.

Quando rolam mutações ou mudanças no gene SLC13A5, isso pode levar a um transtorno conhecido como encefalopatia epileptiforme desenvolvimental 25 (DEE25). Esse transtorno se caracteriza por Convulsões frequentes e prolongadas que podem começar no primeiro dia de vida. Outros problemas relacionados a essa condição podem incluir atrasos no desenvolvimento, problemas na formação dos dentes, dificuldades cognitivas, distúrbios do sono e desenvolvimento motor lento.

Tem alguns modelos animais, como camundongos, que foram usados pra estudar o gene SLC13A5. Mas, esses modelos nem sempre mostram o mesmo nível de atividade convulsiva que a gente vê em humanos com a condição. Os pesquisadores criaram modelos de zebrafish pra estudar os efeitos das mutações no SLC13A5 de forma mais próxima. Os zebrafish são adequados pra examinar várias questões relacionadas ao cérebro devido aos seus corpos transparentes e à capacidade de observar a atividade cerebral em tempo real.

#Zebrafish e SLC13A5

Os zebrafish são peixes pequenos que geralmente são usados em pesquisas científicas por causa do seu crescimento rápido e pela facilidade de manipulação genética. Eles têm duas versões do gene SLC13A5, conhecidas como 5a e 5b. Os pesquisadores usaram um método chamado CRISPR/Cas9 pra criar modelos de zebrafish que não têm esses genes. Isso resultou em três tipos de mutantes de zebrafish: 5a−/−, 5b−/− e mutantes duplos com ambas 5a e 5b faltando.

As duas versões do SLC13A5 estão presentes no cérebro dos zebrafish, em uma região chamada mesencéfalo. Estudos mostraram que esses mutantes têm um mesencéfalo menor em comparação aos zebrafish normais e também enfrentam taxas de mortalidade maiores durante os estágios iniciais de desenvolvimento.

#Observações Comportamentais

Pra entender melhor como a perda do SLC13A5 afeta o comportamento, os pesquisadores realizaram vários testes. Por exemplo, os zebrafish foram submetidos a testes de som e vibração. Os mutantes mostraram maior sensibilidade e se moveram mais em comparação aos zebrafish normais. Esse comportamento pode indicar dificuldades de aprendizado semelhantes ao que as pessoas com mutações no SLC13A5 podem vivenciar.

Os pesquisadores também mediram o movimento dos zebrafish durante a noite. Descobriram que os mutantes nadavam mais, indicando possíveis problemas de sono. Além disso, ao fazer testes de ansiedade, os mutantes não mostraram mudanças significativas em comparação aos zebrafish normais, sugerindo que os níveis de ansiedade podem não ser tão pronunciados nesse modelo.

Outro experimento envolveu expor os zebrafish a uma substância química conhecida por induzir convulsões. Aqui, os mutantes mostraram uma atividade aumentada, indicando uma resposta maior a potenciais estímulos que provocam convulsões, o que pode ser semelhante às experiências de quem tem epilepsia.

#Estrutura do Cérebro e Contagem de Neurônios

Como parte da compreensão das implicações neurais da perda do SLC13A5, os pesquisadores observaram a quantidade de neurônios no cérebro dos zebrafish. Eles descobriram que o número de neurônios estava diminuído nos mutantes, o que pode contribuir para seus problemas comportamentais. Tanto aos 3 dias quanto aos 5 dias após a fertilização, as contagens estavam mais baixas em comparação aos zebrafish normais.

Pra avaliar se menos neurônios estavam sendo produzidos no início, os pesquisadores também examinaram o número de neurônios em um pico de desenvolvimento. Não foram notadas diferenças nesse ponto, sugerindo que a perda de neurônios nos mutantes pode resultar de um aumento da morte celular, em vez de uma falha na produção durante o desenvolvimento.

Pra investigar a morte celular diretamente, foi usado um método de coloração, que indicou que realmente havia um número maior de neurônios morrendo nos zebrafish mutantes. Essa descoberta aponta para a possível conexão entre convulsões e morte celular, alinhando-se com observações de outros modelos animais e humanos com epilepsia.

#Atividade Neuronal e Excitabilidade

O próximo passo foi estudar a atividade elétrica dos neurônios nesses mutantes de zebrafish. Neurônios que funcionam normalmente mantêm um equilíbrio entre sinais excitatórios e inibitórios. No entanto, nos mutantes slc13a5, os pesquisadores acharam que havia um desequilíbrio, indicado por uma atividade aumentada dos neurônios excitatórios e uma atividade reduzida dos neurônios inibitórios. Esse desequilíbrio pode contribuir pra hipere excitabilidade vista nas convulsões.

Experimentos mostraram que os níveis de certas proteínas relacionadas à atividade neuronal também estavam desregulados nos mutantes. Especificamente, um gene chamado fosab, que geralmente é ativado durante a atividade de convulsões, foi encontrado em níveis mais altos nos mutantes em comparação aos controles. Isso aponta pra uma tendência de maior excitabilidade cerebral nesses modelos de zebrafish.

#Função Mitocondrial

Além de analisar a atividade neuronal, os pesquisadores também avaliaram a saúde metabólica dos mutantes slc13a5. Os mutantes mostraram redução na função mitocondrial, que é essencial pra produção de energia nas células. Essa descoberta foi analisada usando um dispositivo especial que mede quanto oxigênio é consumido pelas células, indicando seu estado metabólico.

Os zebrafish mutantes demonstraram níveis mais baixos de funções respiratórias básicas e produção de energia em comparação aos zebrafish normais. Enquanto isso, alguns aspectos da sua capacidade respiratória foram encontrados aumentados, o que pode indicar que as células estão lutando pra manter os níveis de energia.

#Receptor NMDA e Atividade do Cálcio

Uma análise mais aprofundada focou em um tipo específico de receptor conhecido como receptor NMDA, que desempenha um papel vital no controle dos níveis de cálcio nos neurônios. Foi hipotetizado que nos mutantes slc13a5, um excesso de citrato poderia se ligar ao zinco, que normalmente ajuda a regular a atividade dos Receptores NMDA, causando uma entrada descontrolada de cálcio nos neurônios.

Usando um sensor de cálcio específico para neurônios, os pesquisadores encontraram uma frequência aumentada de eventos de cálcio nos mutantes slc13a5. Esse aumento na sinalização de cálcio sugere que os neurônios desses peixes são mais excitáveis do que aqueles em zebrafish normais.

Pra testar o papel dos receptores NMDA, os pesquisadores usaram drogas que bloqueiam a atividade desses receptores. O tratamento com essas drogas resultou em uma diminuição na atividade de cálcio aumentada nos mutantes, sugerindo que os receptores NMDA estão realmente desempenhando um papel crucial na excitabilidade e na potencial atividade convulsiva vista nesses zebrafish.

#Potenciais Tratamentos

As descobertas indicaram que, ao direcionar os receptores NMDA com drogas específicas, pode ser possível reduzir Comportamentos semelhantes a convulsões e melhorar o perfil metabólico dos mutantes de zebrafish. Os pesquisadores já descobriram que o uso de antagonistas dos receptores NMDA pode reverter algumas das deficiências comportamentais observadas nos mutantes slc13a5.

Isso abre portas para potenciais tratamentos para pessoas com epilepsia relacionada ao SLC13A5. Ao entender como essas vias receptoras funcionam em zebrafish, os pesquisadores podem explorar se estratégias semelhantes podem ser eficazes em humanos.

#Conclusão

Os modelos de zebrafish criados pra estudar as mutações do SLC13A5 oferecem uma oportunidade valiosa de observar os efeitos dessas mudanças genéticas no comportamento e na função cerebral. Esses peixes apresentam muitos dos mesmos problemas vistos em humanos, incluindo problemas comportamentais e aumento da morte neuronal.

A pesquisa também ilumina os mecanismos subjacentes que ligam o transporte de citrato à atividade convulsiva, sugerindo que direcionar os receptores NMDA pode ser uma potencial avenida de tratamento. À medida que os cientistas continuam a investigar esses modelos, a esperança é desenvolver melhores estratégias terapêuticas para indivíduos com epilepsia ligada a mutações no SLC13A5 e outras condições relacionadas.

A combinação de testes comportamentais, avaliações neuronais e perfis metabólicos em zebrafish oferece uma abordagem abrangente para estudar desordens neurológicas complexas, fornecendo insights que podem levar a melhores resultados para indivíduos afetados no futuro.