Depois de comer um saco de batatas fritas salgadas, você provavelmente sente sede. E após um longo período de exercício, você provavelmente também sentirá sede. No entanto, estes dois tipos de sede não são os mesmos.
No primeiro exemplo, você provavelmente alcançaria a água. Isto porque depois de comer batatas fritas, a concentração de sais e minerais no seu sangue torna-se elevada, o que induz um estado chamado sede osmótica. Por outro lado, depois de se exercitar, você provavelmente alcançará Gatorade ou algum outro fluido que pode tanto re-hidratá-lo quanto reabastecer os eletrólitos, minerais que são importantes para as funções corporais. Esta sede, chamada sede hipovolêmica, ocorre quando o volume do seu sangue é reduzido devido à perda de fluido pela sudorese.
Agora, pesquisadores da Caltech descobriram populações únicas de neurônios no cérebro do camundongo que, separadamente, provocam sede osmótica e sede hipovolêmica. A pesquisa explorou uma técnica robusta e de alto rendimento para mapear neurônios que são ativados por um comportamento ou estímulo específico.
A pesquisa foi conduzida no laboratório de Yuki Oka, professor de biologia e Chen Scholar, e é descrita em um artigo que aparece na revista Nature em 14 de outubro.
Duas regiões cerebrais são conhecidas por serem importantes no comportamento de beber em mamíferos, o órgão subfornical (OVLT) e o organum vasculosum laminae terminalis (OVLT). O laboratório Oka demonstrou anteriormente que cada uma dessas regiões contém duas categorias gerais de neurônios: alguns que induzem o comportamento de beber e outros que o inibem.
Led by Allan-Hermann Pool, a equipe de pesquisadores da área de biologia e engenharia biológica, teve como objetivo caracterizar os diferentes tipos de neurônios dentro dessas regiões. Os neurônios podem ser considerados diferentes “tipos” com base nos repertórios genéticos que eles expressam. Com uma técnica chamada RNA-seq de célula única, Pool e seus colegas mediram a expressão gênica em todos os neurônios dentro da OVS e OVLT em camundongos. Eles descobriram que cada estrutura cerebral realmente continha pelo menos oito tipos diferentes de neurônios. Esta é uma diversidade de células muito maior do que tinha sido originalmente assumido.
Next, a equipe examinou a função de diferentes tipos de células, desenvolvendo uma técnica rápida e escalável chamada mapeamento do tipo estímulo a célula. Esta importante ferramenta permitiu à equipe determinar quais células estavam envolvidas em estados comportamentais específicos através do mapeamento de assinaturas moleculares com relação à ativação neural. Dessa forma, a equipe descobriu que existem dois conjuntos únicos de tipos de neurônios dentro da OVLT e OVLT que são ativados por sede osmótica ou hipovolêmica, respectivamente.
“A abordagem do mapeamento do tipo estímulo a célula é particularmente útil para identificar rapidamente neurônios causais para qualquer comportamento, estado motivacional ou ação de drogas”, diz Pool. “O que uma vez levaria vários anos agora leva apenas duas semanas”
Os ratos foram então geneticamente modificados para que a equipe pudesse ativar os neurônios sensíveis à osmolalidade e hipovolemia com pulsos de luz, através de uma técnica chamada optogenética. Os pesquisadores mostraram que a ativação dos neurônios sensíveis à osmolalidade levava os ratos a beber água pura e a evitar água salgada. Em contraste, quando os neurônios sensíveis à hipovolemia foram ativados, os ratos mostraram apetite por líquidos ricos em minerais.
“Nossos resultados mostram que a sede é uma sensação multimodal causada por estímulos distintos. Este é um achado emocionante porque ilustra como nosso cérebro sente os estados internos usando uma estratégia muito similar aos sistemas sensoriais periféricos, como o gosto e o olfato”, diz Oka.
Pool observa que sua equipe era formada por vários estudiosos internacionais. “Este trabalho não teria sido viável sem o ambiente aberto e acolhedor defendido pelas universidades americanas em geral e pela Caltech em particular”, diz Pool, que é originalmente da Estônia.
O trabalho intitula-se “Base celular de distintas modalidades de sede”. Pool é o primeiro autor do estudo. Além de Pool e Oka, outros co-autores da Caltech são o aluno de pós-graduação Tongtong Wang e o ex-aluno de pós-graduação Sangjun Lee (PhD ’20). Outros co-autores são David Stafford (BS ’04), Rebecca Chance, e John Ngai (BS ’82, MS ’84, PhD ’89) da UC Berkeley. O financiamento foi fornecido por fundos iniciais do presidente e diretor da Caltech e da Divisão Caltech de Biologia e Engenharia Biológica, do Programa Searle Scholars, da Fundação Mallinckrodt, da Fundação McKnight, da Fundação Klingenstein-Simons, da Fundação New York Stem Cell e dos Institutos Nacionais de Saúde. Este trabalho utilizou o Centro de Perfilamento de Células Únicas do Instituto Beckman da Caltech. Oka é membro filiado do corpo docente do Instituto Tianqiao e Chrissy Chen de Neurociências do Caltech.