Neurotransmissores monoaminérgicos, também conhecidos como aminas biogênicas (AB), são conhecidos por regular diversas características neurológicas e comportamentais essenciais em diferentes táxons animais, incluindo, mas não se limitando a, estados motivacionais, sono, aprendizado, memória e regulação do humor1,2,3,4. A desregulação das AB, como a dopamina (DA) e a serotonina (5-hidroxitriptamina; 5-HT), é uma característica crítica de distúrbios neurodegenerativos, como a doença de Parkinson, bem como de transtornos psiquiátricos como a esquizofrenia3,5. No entanto, a relação entre a progressão da doença e as alterações neuroquímicas específicas em diferentes regiões cerebrais e subtipos neuronais ainda não foi completamente mapeada. Responder a essas questões exige um sistema modelo que não apenas seja geneticamente manipulável, mas também capaz de recapitular fenótipos fisiológicos e comportamentais relevantes para a doença. Drosophila melanogaster tem surgido como um sistema modelo poderoso para esse fim6,7. A mosca-das-frutas possui populações discretas e bem caracterizadas de neurônios dopaminérgicos e serotoninérgicos7,8, além de vias biossintéticas, transportadores e famílias de receptores que regulam esses sistemas e que são funcionalmente conservados em relação aos seus equivalentes em mamíferos9. Essa conservação fornece uma base mecanicista para a tradução de descobertas neuroquímicas na mosca para o contexto mais amplo das doenças humanas.
A utilidade das moscas para modelar distúrbios neurológicos e psiquiátricos vai muito além da homologia genética. Como um sistema geneticamente manipulável, as ferramentas disponíveis em moscas permitem a triagem específica de células para genes e vias, revelando fatores que agravam ou revertem sintomas relevantes para a doença, facilitando a descoberta de novos alvos terapêuticos10. Além disso, sistemas de expressão binária podem direcionar-se não apenas a subtipos específicos de neurônios monoaminérgicos, mas também a janelas temporais específicas de desenvolvimento11, proporcionando assim uma notável precisão espacial e temporal. O sistema modelo da mosca-da-fruta também oferece um repertório de comportamentos quantificáveis que podem ser usados para avaliar a recapitulação de sintomas relevantes para a doença, bem como para testar estratégias de intervenção com vistas à sua recuperação7. Por exemplo, modelos genéticos bem estabelecidos da doença de Parkinson em moscas incluem animais portadores de mutações de perda de função em Pink1 e parkin, bem como moscas que superexpressam versões selvagens ou com mutações pontuais da α-sinucleína humana (α-sin), SNCA12,13,14. Todos esses modelos em mosca exibem algumas das características mais importantes da doença, incluindo déficits locomotores, degeneração de neurônios dopaminérgicos, disfunção mitocondrial e agregação de α-sin em moscas que carregam a sequência humana15,16,17,18,19. Por outro lado, considera-se que interrupções no neurodesenvolvimento e sinalização dopaminérgica anômala também estão entre as causas subjacentes de transtornos como a esquizofrenia20. De acordo com isso, Drosophila tem sido usada para modelar sintomas semelhantes aos da esquizofrenia, incluindo hiperatividade, alterações na resposta sensorial e redução do estado de alerta em moscas adultas21,22,23,24,25. Em conjunto, esses modelos demonstram que Drosophila pode representar tanto a progressão de doenças neurodegenerativas quanto as origens desenvolvimentais de transtornos psiquiátricos.
Associar alterações comportamentais em modelos genéticos a mudanças neuroquímicas requer medidas quantitativas precisas e reprodutíveis de ABs. Além disso, em diversas doenças, a desregulação de monoaminas não se restringe a um único sistema de neurotransmissores. Em moscas mutantes Pink1B9, o conteúdo de serotonina é reduzido e a atividade do transportador de serotonina está prejudicada antes do surgimento da disfunção motora26. A recuperação farmacológica precoce do sinal serotoninérgico impede a posterior perda de neurônios dopaminérgicos afetados em moscas mutantes Pink1B9. Assim, as alterações serotoninérgicas podem preceder e contribuir causalmente para a patologia dopaminérgica, uma relação que seria invisível em leituras comportamentais ou em medições de analito único. Da mesma forma, alterações no sistema serotoninérgico são observadas em modelos de esquizofrenia22,27,28. Além disso, as principais aminas biogênicas em Drosophila interagem de maneira parcialmente redundante e parcialmente antagônica, de modo que o estado de um sistema é um pobre indicador dos demais29. Portanto, quantificar individualmente as ABs nesses modelos é fundamental.
As aminas biogênicas são monoaminas eletroquimicamente ativas (por exemplo, catecolaminas, indolaminas) presentes em concentrações de nanomolar a femtomolar em tecidos biológicos, o que torna sua detecção simultânea tecnicamente desafiadora30,31. Abordar questões sobre a base genética e molecular das alterações nas ABs em doenças exige, portanto, um método analítico capaz de separar múltiplas aminas estruturalmente semelhantes. Esse método também deve detectar concentrações biologicamente relevantes em pequenos volumes de tecido disponíveis em preparações do sistema nervoso central de Drosophila. A cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) acoplada à detecção eletroquímica (DEC) atende a essas exigências. A CLAE é uma técnica analítica que permite a separação de diferentes moléculas em uma amostra com base em suas características físico-químicas. O acoplamento do sistema cromatográfico a um detector eletroquímico permite uma análise rápida e de alta sensibilidade de analitos eletroquimicamente ativos, como as aminas biogênicas. Os detectores eletroquímicos funcionam induzindo oxidação quando os analitos emergem da coluna, convertendo as interações na superfície do eletrodo em um sinal elétrico quantificável. Outras técnicas, como espectrometria de massas, podem oferecer seletividade e sensibilidade comparáveis32,33. No entanto, o baixo custo por amostra e a confiabilidade da CLAE-DEC tornam esse método ideal para a detecção rotineira e acessível de aminas biogênicas em laboratórios de pesquisa biológica. A combinação dessa técnica com o poder da genética de Drosophila permite uma análise rápida e direta da base genética e molecular das alterações nos sistemas aminérgicos.
Este estudo utiliza um modelo genético de Parkinson baseado na superexpressão de α-sin para apresentar um protocolo para determinar diferenças no conteúdo de BA em amostras cerebrais de Drosophila. O artigo também descreve como essa abordagem pode ser usada para estudar a base molecular de distúrbios cerebrais.