Modelagem computacional de vias de sinalização intracelular e o estudo de indução de plasticidade sináptica no cerebelo

Resumo

Muitos compostos bioquímicos estão envolvidos nas redes de sinalização que regulam a plasticidade sináptica no cerebelo. Em particular, a proteína quinase dependente de cálcio-calmodulina (CaMKII), que é altamente concentrada no cérebro, regula as formas de plasticidade sináptica. Embora um progresso significativo foi realizado na compreensão do papel da CaMKII pós-sináptica na plasticidade em outras áreas do cérebro, muito pouco se sabe sobre sua função durante a indução da plasticidade no cerebelo.Células de Purkinje do cerebelo (PCs) recebem fortes entradas excitatórias de fibras paralelas (PFs) e entradas de interneurônios inibitórios da camada molecular (MLIs), que foram historicamente divididos em células de cesto e estreladas. A holoenzima CaMKII é composta por diferentes isoformas, como alphaCaMKII e betaCaMKII, que é a isoforma predominante de CaMKII no cerebelo. Nossos colaboradores da Erasmus Medical Center (Erasmus MC) Roterdã recentemente realizaram experimentos com camundongos mutantes, e demonstraram que betaCaMKII controla a direção da plasticidade na sinapse excitatória PF-PC. Mais especificamente, os protocolos que induzem a depressão de longo prazo (LTD) em camundongos de tipo selvagem resultam na potenciação de longo prazo (LTP) em camundongos mutantes que carecem betaCaMKII, e vice-versa. No entanto, o mecanismo que pode explicar suas descobertas experimentais não era claro. O candidato à Bolsa de Pós-Doutorado na University of Hertfordshire (Reino Unido) desenvolveu recentemente modelos computacionais simples de vias de sinalização para estudar a ativação CaMKII, e o papel de betaCaMKII na plasticidade bidirecional na sinapse PF-PC. Como corolário, simulações previram características interessantes da dependência de CaMKII sobre a frequência de sinais de cálcio, e também indicaram alguns mecanismos que podem explicar o envolvimento de betaCaMKII na indução de LTD e LTP.Além das entradas excitatórias de PFs, as PCs também recebem entradas inibitórias de MLIs. Vários estudos de plasticidade sináptica nas sinapses excitatórias foram relatados, enquanto que para as sinapses inibitórias pouca informação sobre os mecanismos moleculares da indução de plasticidade é conhecida. Na sinapse MLI-PC existe uma forma pós-sináptica de plasticidade chamada de potenciação rebote (RP), que pode desempenhar um papel na aprendizagem motora no cerebelo. Estudos experimentais e computacionais sugeriram várias vias moleculares na sinapse MLI-PC que podem afetar a indução de RP, mas toda a cascata de sinalização ainda é desconhecida. Resultados experimentais recentes de nossos colaboradores da Erasmus MC indicam que as isoformas alphaCaMKII e betaCaMKII têm um papel importante na indução de RP na sinapse MLI-PC sinapse. No entanto, o mecanismo que subjaz as suas observações neste sinapse permanece indefinido.O objetivo deste projeto de pesquisa é investigar os mecanismos moleculares que contribuem para a indução de plasticidade sináptica no cerebelo. Em particular, estamos interessados no papel das isoformas alphaCaMKII e betaCaMKII na indução de plasticidade, nas sinapses PF-PC e MLI-PC.Para explorar as vias de transdução de sinal em LTD e LTP na sinapse excitatória PF-PC, vamos estender os modelos computacionais implementadas pelo candidato durante sua pesquisa de doutorado, e estudar o papel da betaCaMKII na plasticidade bidirecional nesta sinapse. Além de nossa pesquisa na sinapse excitatória PF-PC, também construiremos um modelo de simulação cinética das vias de sinalização na sinapse inibitória MLI-PC. Queremos estudar o envolvimento das isoformas alphaCaMKII e betaCaMKII na indução de RP. (AU)