A contracção do músculo é controlada por receptores nas membranas das células musculares que respondem ao neurotransmissor acetilcolina quando este é libertado pelos neurónios motores. Os receptores de acetilcolina também são encontrados nos neurônios, onde desempenham uma variedade de funções importantes, incluindo a cognição modulante e o vício. Em um novo estudo na PLoS Biology, Yishi Jin e colegas identificaram e caracterizaram um receptor neuronal de acetilcolina na Caenorhabditis elegans que permite que a minúscula minhoca se mexa. O receptor regula o equilíbrio entre a excitação e inibição dos músculos, e assim contribui para a contração coordenada e relaxamento dos músculos em lados opostos do corpo que resulta em locomoção.
Um receptor de acetilcolina consiste em cinco subunidades, e existem muitos tipos de subunidades (29 em C. elegans) a partir das quais um receptor pode ser montado. A composição da subunidade de um receptor e, em particular, de seu poro transmembrana, que é revestido com um domínio transmembrana de cada subunidade, determina como ele responde à acetilcolina e que efeitos esta resposta tem sobre a célula. Devido ao número de combinações possíveis de subunidades, é muito difícil identificar a composição celular específica de um receptor de acetilcolina.
Neste estudo, os autores começaram por identificar uma estirpe mutante de C. elegans em que os músculos estavam superestimulados, fazendo com que os vermes “encolhessem”, pois todos os seus músculos se contraíam quando eram tocados. A caracterização molecular da mutação revelou que ela consistia em uma mutação ativadora em uma subunidade receptora de acetilcolina chamada ACR-2. Especificamente, a mutação está no domínio transmembrana porosa, em uma posição que se pensa influenciar a seletividade iônica do canal.
Quando os autores usaram genes repórteres em que proteínas fluorescentes eram controladas pelo promotor acr-2, descobriram que a subunidade ACR-2 é expressa em neurônios motores colinérgicos no cordão ventral do verme. A expressão do tipo selvagem acr-2 ou um “mini-gene” contendo parte do gene nos vermes mutantes reverteu o defeito de “encolhimento”, confirmando que o defeito resultou da mutação do acr-2. Vermes nos quais o acr-2 continha uma perda de função ou mutação nula não mostram hipercontração dos músculos, mas se moviam lentamente, e a análise eletrofisiológica mostrou que a liberação de acetilcolina dos neurônios motores foi reduzida nesses animais.
Em vermes com a mutação ativadora do acr-2, a liberação de acetilcolina dos neurônios motores foi aumentada. Além disso, a neurotransmissão dos neurônios motores inibitórios liberadores de GABA foi reduzida. Entretanto, o ACR-2 não é encontrado nos neurônios GABAergicos, portanto essa redução na neurotransmissão GABA é provavelmente um resultado indireto dos efeitos da mutação nos neurônios colinérgicos.
Para descobrir quais outras subunidades se combinam com o ACR-2 para fazer um receptor funcional nos neurônios motores colinérgicos, os autores procuraram por mutações em outros genes que suprimissem os efeitos da mutação ativadora do acr-2. Várias dessas mutações foram encontradas, e a maioria dessas mutações foi mapeada para três outros genes das subunidades receptoras de acetilcolina – acr-12, unc-38, e unc-63. Outras mutações supressoras mapeadas para genes que são necessários para o transporte do receptor de acetilcolina para a superfície celular.
Para confirmar a composição da subunidade do receptor de acetilcolina, os autores reconstituíram o receptor em oócitos Xenopus e descobriram que além das subunidades ACR-2, ACR-12, UNC-38, e UNC-63, o receptor funcional também necessitava de ACR-3. O gene acr-3 é muito próximo do acr-2, de modo que as duas subunidades provavelmente serão coexpressas.
Todos juntos, estes resultados mostram que o receptor neuronal de acetilcolina ACR-2 gerencia a interação entre a excitação e a inibição nos músculos em C. elegans. Eles também demonstram que uma mutação de ganho de função no domínio da formação de poros de uma subunidade receptora pode influenciar a função farmacológica do canal receptor de modo que a liberação do transmissor do neurônio portador do receptor seja aumentada. Finalmente, os autores mostram como a análise das mutações supressoras pode ser usada para enfrentar o desafio de definir a composição da subunidade de um receptor heteromérico.
Outro estudo de como o ACR-2 modula a excitação e inibição dos músculos pode dar uma idéia de como esse equilíbrio é mantido em outros contextos neuronais, e como ele pode ser perturbado, por exemplo, em algumas formas de epilepsia. Será particularmente interessante investigar como uma mutação ativadora em um receptor em um neurônio colinérgico pode influenciar a atividade dos neurônios GABAergicos que não suportam o canal mutante.
Jospin M, Qi YB, Stawicki TM, Boulin T, Schuske KR, et al. (2009) A Neuronal Acetylcholine Receptor Regulates the Balance of Muscle Excitation and Inhibition in C. elegans. doi:10.1371/journal.pbio.1000265