Cérebro é composto por dois órgãos? Estudo revela origens celulares distintas

Durante séculos, o cérebro humano foi tratado pela ciência como uma estrutura única, formada a partir de uma mesma linhagem de células durante o desenvolvimento embrionário. Uma nova pesquisa liderada por cientistas da Universidade Stanford, nos Estados Unidos, porém, propõe uma mudança importante nessa compreensão: regiões diferentes do cérebro surgem de populações de células progenitoras distintas.

O estudo, publicado na revista científica Nature Neuroscience, indica que o prosencéfalo e o mesencéfalo têm uma origem celular diferente daquela do rombencéfalo. As duas populações seguem trajetórias próprias desde os primeiros momentos da formação do embrião e, ao longo da evolução, teriam sido integradas espacialmente para formar o cérebro como o conhecemos hoje.

A descoberta não significa que existam dois cérebros independentes dentro do crânio. O que os pesquisadores identificaram são duas origens embrionárias distintas, que dão origem a partes do mesmo órgão.

Ainda assim, os resultados levantam uma hipótese evolutiva surpreendente: o cérebro pode ter surgido da união de dois sistemas nervosos ancestrais.

Duas origens desde o embrião: como o cérebro é formado?

Para entender como o cérebro se forma, os pesquisadores voltaram aos estágios mais iniciais do desenvolvimento embrionário, especialmente à gastrulação. É nessa fase que as células começam a assumir destinos específicos e o organismo passa a estabelecer sua organização básica.

Ao analisar embriões de camundongos, a equipe identificou duas populações de células progenitoras. Uma delas apresentava atividade do gene Otx2 e dava origem ao prosencéfalo e ao mesencéfalo. A outra expressava Gbx2 e estava destinada a formar o rombencéfalo.

O ponto central da descoberta é que essas populações não se misturavam. Em vez de existir uma única linhagem celular inicial que posteriormente se dividiria para formar todo o cérebro, os dois grupos seguiam trajetórias paralelas desde os estágios mais precoces do desenvolvimento.

Os pesquisadores também analisaram a cromatina, estrutura que organiza o DNA dentro das células e ajuda a determinar quais genes podem ser acessados. As células destinadas às regiões anterior e posterior do cérebro apresentavam configurações diferentes de cromatina, o que ajudava a direcionar cada população para seu respectivo destino.

A descoberta também muda a maneira de pensar sobre a formação do órgão. Se o cérebro é composto por dois órgãos em termos de suas origens evolutivas e embrionárias, como sugere o estudo, suas diferentes regiões não são simplesmente ramificações de uma mesma estrutura inicial.

O que cada região do cérebro faz?

O cérebro adulto costuma ser dividido, no contexto do desenvolvimento embrionário, em três grandes regiões: prosencéfalo, mesencéfalo e rombencéfalo.

Prosencéfalo

O prosencéfalo corresponde à região anterior e está relacionado às funções cognitivas mais complexas.

É nele que estão estruturas associadas à consciência, à linguagem, ao raciocínio abstrato e a outras capacidades que permitem ao ser humano interpretar o ambiente, elaborar pensamentos e tomar decisões.

Mesencéfalo

O mesencéfalo, localizado entre o prosencéfalo e o rombencéfalo, participa de mecanismos relacionados ao movimento, à atenção e às respostas a estímulos visuais e auditivos.

Rombencéfalo

Já o rombencéfalo, localizado posteriormente, está ligado a funções automáticas fundamentais para a sobrevivência.

Entre elas estão a respiração, o controle dos batimentos cardíacos, o sono e a regulação da fome. Neurônios dessa região também participam do controle dos músculos do rosto, da língua e da garganta, fundamentais para falar e engolir.

É justamente essa diferença funcional que torna a descoberta relevante para a medicina. Durante décadas, cientistas tentaram produzir em laboratório neurônios humanos do rombencéfalo, mas encontraram dificuldades para obter células com as características corretas.

Rayyan Jokhai, pesquisador que dividiu a primeira autoria do estudo com Carolyn Dundes, afirma à Revista Nature que uma possível explicação para os fracassos anteriores é que os cientistas tentavam transformar progenitores destinados ao prosencéfalo e ao mesencéfalo em células do rombencéfalo.

A descoberta pode ajudar a criar modelos de neurônios do tronco encefálico para investigar doenças como ELA e atrofia muscular espinhal. (Foto: Pexels)

Segundo ele, o novo trabalho mostra que isso não é possível porque as populações têm destinos de desenvolvimento fundamentalmente diferentes.

A equipe então aplicou o novo conhecimento a células-tronco pluripotentes humanas, capazes de originar diferentes tipos de células. Pela primeira vez, conseguiu direcioná-las para produzir neurônios motores funcionais do rombencéfalo.

As células apresentaram atividade elétrica e produziram proteínas características dos neurônios envolvidos no controle dos músculos da face e da deglutição.

Estudo aponta origem ancestral da divisão do cérebro em duas partes

Os pesquisadores não ficaram restritos aos camundongos e às células humanas. Para investigar se a separação observada poderia ser uma característica recente ou uma herança muito mais antiga, a equipe comparou o desenvolvimento embrionário de diferentes espécies.

Foram analisados animais como galinhas, peixes-zebra e vermes-bolota. Os cientistas encontraram evidências de padrões semelhantes de desenvolvimento do sistema nervoso nesses grupos, sugerindo que a existência de duas linhagens ancestrais pode remontar a centenas de milhões de anos.

A equipe também considerou as águas-vivas, que possuem dois sistemas nervosos distribuídos em diferentes regiões do corpo e cuja linhagem se separou daquela que levaria aos humanos há cerca de 600 milhões a 700 milhões de anos.

Os resultados indicam que a evolução pode ter aproveitado dois sistemas neurais que já existiam e os aproximado espacialmente.

A hipótese ainda não significa que os cientistas tenham reconstruído exatamente como o cérebro dos primeiros animais evoluiu. O próprio trabalho aponta para uma questão que permanece em aberto: em que momento e por quais mecanismos esses dois sistemas nervosos passaram a funcionar de maneira integrada.

Qual o impacto da descoberta no estudo de doenças?

A descoberta, porém, já oferece uma nova ferramenta para investigar doenças que afetam o tronco encefálico. Entre elas estão a atrofia muscular espinhal (AME) e a esclerose lateral amiotrófica (ELA).

Nas duas condições, determinados neurônios motores podem perder progressivamente sua função, comprometendo movimentos, fala, deglutição e, em estágios avançados, a respiração.

Até agora, uma das limitações para esse tipo de pesquisa era a dificuldade de estudar diretamente o tecido do tronco encefálico de pacientes vivos. A capacidade de produzir neurônios dessa região em laboratório permite criar modelos celulares para observar como essas doenças afetam as células e testar possíveis estratégias terapêuticas.

“Agora temos um modelo para entender melhor essas doenças devastadoras e trabalhar no desenvolvimento de terapias regenerativas para elas”, afirmou Jokhai.

Para os pesquisadores, o próximo passo é investigar com mais precisão como essas doenças comprometem os neurônios do rombencéfalo e ampliar o estudo para compreender também as origens do desenvolvimento da medula espinhal.