Como uma mutação genética causa inteligência superior em humanos

Pesquisadores descobriram que a mutação de um gene neuronal pode ter um efeito positivo: QI mais alto em humanos.

Quando os genes sofrem mutação, pode resultar em doenças graves do sistema nervoso humano. Neurocientistas da Universidade de Leipzig e da Universidade de Würzburg agora usaram moscas da fruta para demonstrar como, além do efeito negativo, a mutação de um gene neuronal pode ter um efeito positivo – ou seja, QI mais alto em humanos. Eles publicaram suas descobertas na prestigiosa revista Cérebro.

As sinapses são os pontos de contato no cérebro através dos quais as células nervosas “falam” umas com as outras. Interrupções nessa comunicação levam a doenças do sistema nervoso, uma vez que proteínas sinápticas alteradas, por exemplo, podem prejudicar esse complexo mecanismo molecular. Isso pode causar sintomas leves, mas também deficiências muito graves nas pessoas afetadas.

O interesse dos dois neurobiólogos professor Tobias Langenhan e professor Manfred Heckmann, de Leipzig e Würzburg respectivamente, foi despertado quando leram em uma publicação científica sobre uma mutação que danifica uma proteína sináptica. No início, os pacientes afetados atraíram a atenção dos cientistas porque a mutação os fez ficar cegos. No entanto, os médicos notaram que os pacientes também eram de inteligência acima da média. “É muito raro que uma mutação leve à melhora em vez de perda de função”, diz Langenhan, professor e titular de uma cadeira no Instituto Rudolf Schönheimer de Bioquímica da Faculdade de Medicina.

A pesquisa sobre moscas da fruta ajuda a entender melhor as doenças do sistema nervoso humano. Crédito: Swen Reichhold/Universidade de Leipzig

Os dois neurobiólogos de Leipzig e Würzburg usam moscas da fruta para analisar funções sinápticas há muitos anos. “Nosso projeto de pesquisa foi projetado para inserir a mutação dos pacientes no gene correspondente na mosca e usar técnicas como eletrofisiologia para testar o que acontece com as sinapses. Era nossa suposição que a mutação torna os pacientes tão inteligentes porque melhora a comunicação entre os neurônios que envolvem a proteína lesionada”, explica Langenhan. “É claro que você não pode realizar essas medições nas sinapses do cérebro de pacientes humanos. Você tem que usar modelos animais para isso.”

“75 por cento dos genes que causam doenças em humanos também existem em moscas da fruta”

Primeiro, os cientistas, juntamente com pesquisadores de Oxford, mostraram que a proteína da mosca chamada RIM parece molecularmente idêntica à dos humanos. Isso foi essencial para poder estudar as mudanças no cérebro humano na mosca. Na etapa seguinte, os neurobiólogos inseriram mutações no genoma da mosca que pareciam exatamente como nas pessoas doentes. Eles então fizeram medições eletrofisiológicas da atividade sináptica. “Na verdade, observamos que os animais com a mutação mostraram uma transmissão muito maior de informações nas sinapses. Esse efeito incrível nas sinapses das moscas provavelmente é encontrado da mesma maneira ou de maneira semelhante em pacientes humanos, e pode explicar o aumento do desempenho cognitivo, mas também a cegueira”, conclui o professor Langenhan.

Prof. Tobias Langenhan em seu laboratório no Instituto Rudolf Schönheimer de Bioquímica. Crédito: Swen Reichhold

Os cientistas também descobriram como ocorre o aumento da transmissão nas sinapses: os componentes moleculares na célula nervosa transmissora que desencadeiam os impulsos sinápticos se aproximam como resultado do efeito da mutação e levam ao aumento da liberação de neurotransmissores. Um novo método, microscopia de super-resolução, foi uma das técnicas utilizadas no estudo. “Isso nos dá uma ferramenta para olhar e até contar moléculas individuais e confirma que as moléculas na célula de disparo estão mais próximas do que normalmente são”, diz o professor Langenhan, que também foi auxiliado no estudo pelo grupo de pesquisa do professor Hartmut Schmidt, da Instituto Carl Ludwig em Leipzig.

“O projeto demonstra lindamente como um animal modelo extraordinário como a mosca da fruta pode ser usado para obter uma compreensão muito profunda das doenças do cérebro humano. Os animais são geneticamente muito semelhantes aos humanos. Estima-se que 75% dos genes que envolvem doenças em humanos também sejam encontrados na mosca-das-frutas”, explica o professor Langenhan, apontando para mais pesquisas sobre o tema na Faculdade de Medicina: “Iniciamos vários projetos conjuntos com geneticistas humanos, patologistas e a equipe do Centro Integrado de Pesquisa e Tratamento (IFB) AdiposityDiseases; com sede no Hospital Universitário de Leipzig, eles estão estudando distúrbios cerebrais do desenvolvimento, o desenvolvimento de tumores malignos e obesidade. Aqui, também, inseriremos mutações causadoras de doenças na mosca da fruta para replicar e entender melhor as doenças humanas”.

Referência: “A mutação CORD7 de aprimoramento da cognição humana aumenta o número da zona ativa e a liberação sináptica” por Mila M. Paul, Sven Dannhäuser, Lydia Morris, Achmed Mrestani, Martha Hübsch, Jennifer Gehring, Georgios N. Hatzopoulos, Martin Pauli, Genevieve M. Auger, Grit Bornschein, Nicole Scholz, Dmitrij Ljaschenko, Martin Müller, Markus Sauer, Hartmut Schmidt, Robert J. Kittel, Aaron DiAntonio, Ioannis Vakonakis, Manfred Heckmann e Tobias Langenhan, 12 de janeiro de 2022, Cérebro.
DOI: 10.1093/brain/awac011