Duas origens? A nova descoberta sobre o cérebro que pegou os cientistas de surpresa

Durante muito tempo, a ciência considerou que todas as regiões do cérebro se desenvolviam a partir de um mesmo tipo de célula embrionária. Um novo estudo liderado por pesquisadores da Stanford Medicine, porém, apresenta evidências que colocam essa ideia em dúvida. Segundo a pesquisa, o cérebro humano começa a se formar a partir de dois grupos distintos de células, que seguem caminhos próprios durante o desenvolvimento.

Isso não significa que uma pessoa tenha dois cérebros independentes. O que os cientistas identificaram é que diferentes partes do órgão possuem origens embrionárias distintas e que esses dois sistemas, ao longo da evolução, acabaram integrados em uma única estrutura.

A pesquisa foi publicada em 18 de setembro na revista científica Nature Neuroscience e pode ajudar a explicar por que determinadas células do cérebro são tão difíceis de produzir em laboratório.

Duas origens aparecem no desenvolvimento embrionário

A descoberta surgiu a partir da análise das primeiras etapas da formação do organismo, especialmente durante a gastrulação, fase em que as células embrionárias começam a se organizar e assumir destinos específicos.

Os pesquisadores estudaram embriões de camundongos e identificaram duas populações diferentes de células precursoras do sistema nervoso. Uma delas, associada à atividade do gene Otx2, dá origem ao cérebro anterior e ao cérebro médio. A outra, relacionada ao gene Gbx2, forma o cérebro posterior.

De acordo com os resultados, essas duas populações não se misturam. Elas seguem caminhos paralelos desde os primeiros momentos do desenvolvimento.

A diferença também ajuda a entender as funções exercidas por essas regiões.

O cérebro anterior está ligado a atividades consideradas mais complexas, como linguagem, consciência, raciocínio abstrato e tomada de decisões. Já o cérebro posterior participa do controle de funções automáticas fundamentais para a sobrevivência, incluindo respiração, sono e regulação dos batimentos cardíacos. Também controla músculos envolvidos em movimentos do rosto, da língua e da garganta.

Kyle Loh, professor associado de biologia do desenvolvimento em Stanford e principal autor do estudo, resumiu a descoberta ao afirmar: "Mostramos pela primeira vez que a parte anterior do cérebro surge de uma célula progenitora totalmente diferente daquela que origina a parte posterior".

O DNA ajuda a definir o destino das células

Para entender por que as duas populações celulares seguem caminhos diferentes, os cientistas também analisaram a cromatina, estrutura responsável pela organização do DNA dentro das células.

Os resultados indicaram que as células destinadas ao cérebro anterior e as que formariam o cérebro posterior já apresentam configurações diferentes da cromatina em uma fase muito precoce do desenvolvimento. Essa organização ajuda a determinar quais genes podem ser ativados e, consequentemente, quais características cada célula poderá adquirir.

Na prática, isso significa que uma célula destinada a formar determinada região cerebral não pode simplesmente ser transformada em outra célula apenas pela aplicação de sinais químicos posteriormente.

Rayyan Jokhai, um dos principais autores do trabalho, explicou que tentativas anteriores de produzir neurônios do cérebro posterior provavelmente partiam de células precursoras destinadas ao cérebro anterior ou médio. Segundo a pesquisa, essas células não possuem a capacidade de assumir o destino necessário para formar os neurônios do cérebro posterior.

A descoberta pode ajudar a explicar uma dificuldade que pesquisadores enfrentavam havia décadas.

Cientistas conseguiram produzir neurônios do cérebro posterior

Depois de compreender a origem dessas células, a equipe conseguiu utilizar células-tronco pluripotentes humanas para produzir, em laboratório, neurônios motores funcionais do cérebro posterior.

Essas células apresentaram características encontradas em neurônios naturais da região, incluindo atividade elétrica e proteínas associadas às áreas responsáveis pelo controle dos músculos da face e da deglutição.

O resultado é importante porque determinados neurônios do cérebro posterior são difíceis de obter para estudos científicos. A capacidade de produzi-los em laboratório pode permitir que pesquisadores investiguem com mais detalhes doenças que afetam essas células.

Entre elas estão a atrofia muscular espinhal, conhecida pela sigla AME, e a esclerose lateral amiotrófica, a ELA.

Nas duas condições, determinados neurônios podem deixar de funcionar progressivamente. Quando as células envolvidas no controle da língua, garganta e outros músculos são afetadas, podem surgir dificuldades para engolir e respirar.

A possibilidade de cultivar esses neurônios em laboratório também abre caminho para a criação de modelos celulares de doenças. Com eles, os cientistas podem comparar células saudáveis e afetadas e testar mecanismos ou possíveis tratamentos em etapas pré-clínicas.

Isso ainda não representa uma terapia disponível para pacientes. Trata-se de uma ferramenta de pesquisa que pode facilitar o estudo de doenças neurológicas complexas.

Uma história que pode ter mais de 550 milhões de anos

A equipe também investigou a origem evolutiva dessa divisão. O padrão observado no desenvolvimento do cérebro não apareceu apenas nos camundongos. Os pesquisadores encontraram sinais semelhantes em outras espécies, incluindo galinhas, peixes-zebra e vermes-bolota, animais marinhos que possuem um ancestral distante em comum com os seres humanos.

Os resultados sugerem que a separação entre os dois sistemas nervosos pode ser extremamente antiga, remontando a mais de 550 milhões de anos.

A hipótese apresentada pelos pesquisadores é que dois sistemas neurais que já existiam separadamente foram integrados ao longo da evolução e passaram a funcionar de maneira coordenada dentro de uma mesma estrutura.

Kyle Loh resumiu essa possibilidade dizendo: "Nossa pesquisa sugere que a evolução pegou dois sistemas neurais existentes e os aproximou espacialmente".

Apesar de funcionarem hoje de maneira altamente integrada, os dois sistemas parecem conservar marcas de suas origens distintas.

A descoberta pode mudar a forma como os cientistas entendem o desenvolvimento cerebral e, ao mesmo tempo, fornecer uma nova ferramenta para estudar doenças que atingem regiões específicas do órgão. A pesquisa também poderá ajudar futuros trabalhos sobre a formação da medula espinhal e sobre os mecanismos envolvidos em doenças como AME e ELA.