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PROFESSOR ASSOCIADO DO DEPARTAMENTO DE FISIOLOGIA DA FACULDADE DE MEDICINA DE RIBEIRÃO PRETO/USP.
LINHA DE PESQUISA : FISIOLOGIA DE MEMBRANAS
Projeto principal: CONTROLE DA EXCITABILIDADE E NEUROTRANSMISSÃO CENTRAL
Descrição: Estudo da excitabilidade neural e da neurotransmissão central, e de seus mecanismos de plasticidade, usando como modelos principais neurônios centrais e do tronco cerebral de mamíferos.
Em meu laboratório estudamos a fisiologia dos neurônios que são as unidades básicas do sistema nervoso e das conexões sinápticas que eles fazem entre si.
Os neurônios são células altamente especializadas tanto morfologicamente quanto fisiologicamente que tem a capacidade de alterar a diferença de potencial elétrico de sua membrana ativamente, gerando o potencial de ação, que é o sinal padrão da atividade neural. O potencial de ação é uma muito breve despolarização do potencial da membrana é gerado pela abertura de canais iônicos permeáveis ao sódio presentes no corpo celular, mais especificamente na região inicial do axônio. Os canais iônicos são proteínas transmembrana fundamentais para o controle da excitabilidade neural. Existe uma grande variedade de canais iônicos, com diferentes formas de ativação, propriedades cinéticas e diferente seletividades iônicas. Os diferentes tipos neuronais expressam conjuntos de canais iônicos de acordo com sua função e especialização, adaptando a sua excitabilidade ao seu papel fisiológico. Alterações na expressão desses canais tanto por alterações fisiológicas ou patológicas podem levar a alterações no comportamento elétrico dos neurônios que podem gerar tanto respostas adaptativas como patológicas. Dessa forma entender como a variedade de canais iônicos dos neurônios é regulada e os sinais que comandam sua expressão diferenciada, é fundamental para entendermos como os neurônios geram a variedade de padrões de excitabilidade que vemos no sistema nervoso e as situações patofisiológicas decorrentes de alterações nesses padrões.
O sinal elétrico do potencial de ação viaja ao longo do axônio até suas terminações que chamamos de terminais sinápticos onde ele estimula a secreção de moléculas neurotransmissoras que atuarão em receptores na membrana do neurônio oposto ao terminal (pós-sináptico), que em sua maioria abrirão canais iônicos que irão alterar a permeabilidade iônica do neurônio pós-sináptico, gerando potenciais pós-sinápticos que levam a alterações do seu potencial de membrana, um processo que chamamos de neurotransmissão sináptica. A integração sináptica é, por sua vez, o conjunto das respostas de outras sinapses e dos outros canais iônicos presentes na membrana que podem levar a deflagração de um potencial de ação no neurônio pós-sináptico. A neurotransmissão por sua vez é modulada de acordo com a atividade dos neurônios pré- e pós-sinápticos. Alterações de curta duração (de milisegundos a alguns minutos) dos potenciais pós-sinápticos são chamadas de plasticidade a curto prazo e ocorrem em todas as sinapses. Já alterações mais longas e duradouras dos potenciais pós-sinápticos são eventos chamados de plasticidade a longo prazo, e ocorrem apenas em sinapses específicas, geralmente nas regiões superiores do sistema nervoso central. A plasticidade sináptica a longo prazo é relacionada muitas vezes a fenômenos de aprendizado e memória, e também a mal adaptações fisiopatológicas que estariam relacionadas a patologias do sistema nervoso.
A combinação de centenas, milhares ou milhões de neurônios e sinapses em micro e macro circuitos neurais resulta na série de funções desempenhadas pelo sistema nervoso como o processamento das informações sensoriais, nos diversos tipos de comportamentos, no controle motor, na memória e ultimamente na nossa própria consciência. Entretanto mesmo que um neurônio individual contribua muito pouco para o funcionamento do sistema nervoso, este depende intimamente das propriedades de membrana dos seus neurônios e sinapses que se adaptam para as funções que eles exercem nas diferentes regiões do sistema nervoso.
Nosso interesse geral é em saber como os diferentes canas iônicos, receptores e neurotransmissores que agem em um neurônio interagem para controlar a excitabilidade neural e como os fenômenos de plasticidade sináptica são afetados por alterações ambientais e patológicas. Usamos como modelo diversos tipos neuronais:
i) neurônios e sinapses da via auditiva de aves e mamíferos, especificamente os núcleos cocleares e o colículo inferior de mamíferos. Os neurônios auditivos são especialmente interessantes pois possuem grande variedade funcional relacionada com sua função em discernir os diferentes aspectos da informação sonora (espectrais, temporais e espaciais). Além disso problemas como surdez, hiperacusia e tinnitus (zumbido) podem causar ou resultar em/de alterações na excitabilidade ou neurotransmissão nessas vias, e são foco de nosso interesse.
ii) neurônios e sinapses hipocampais. Os fenômenos de plasticidade sináptica a longo prazo foram identificado pioneiramente no hipocampo, e as três principais sinapses excitatórias hipocampais expressam plasticidade a longo prazo e são classicamente relacionados com os fenômenos de aprendizado e memória que essa região é responsável. particularmente estamos interessados em saber como fatores ambientais afetam a plasticidade sináptica no hipocampo de roedores, mais especificamente a estimulação sonora crônica ou de alta intensidade que pode provocar alterações comportamentais relacionadas a função hipocampal, e em modelos animais de epilepsia audiogênica.
iii) neurônios e sinapses do núcleo do trato solitário. O núcleo do trato solitário (NTS) recebe as aferências viscerais proveniente da periferia via o nervo vago e conecta os sentidos viscerais com o resto do sistema nervoso. A estimulação do nervo vago tem sido utilizada como terapia para diversas metabólicas e centrais, e cada vez mais tem-se demonstrado uma ligação entre as aferências viscerais e as áreas superiores do sistema nervoso central. Além disso alterações no ambiente interno, como as provocadas pela obesidade e pela apnéia do sono, podem provocar alterações de plasticidade nas sinapses do NTS que pode contribuir para patologicas relacionadas com essas condições, como hioertensão e diabetes.
Para nossos estudos utilizamos principalmente técnicas eletrofisiológicas em fatias de cérebro de roedores contendo as regiões de interesse. Além disso complementamos nosssos estudos com técnicas de imagem de íons, optogenéticas, morfológicas, moleculares, computacionais e comportamentais.
FORMAÇÃO ACADÊMICA
- 1988-1992 Ciências Biológicas UFMG;
- 1992-1994 Mestre em Ciências (Bioquímica) UFMG;
- 1994-1999 Doutor em Ciências (Bioquímica) UFMG;
- 1997-1998 Doutorado “Sanduiche” MRC Laboratory of Molecular Biology, Inglaterra;
- 1999-2002 Pós-doutorado Oregon Health and Sciences University EUA;
- 2009-2011 Pesquisador Associado Universidade de Pittsburgh, EUA;
- 2003-presente Professor Assistente FMRP-USP.
MEMBROS DO LABORATÓRIO
- Líder: Prof. Ricardo M X Leão.
- Técnico: José Fernando Aguiar.
- Pós-doc: Alexandra Olímpio Siqueira Cunha.
- Estudantes de Doutorado: Cahuê Murat, Cesar Cellis Ceballos, João Zugaib Cavalcanti, Junia Lara de Deus.
PUBLICAÇÕES
- André A. Dagostin, Peter V. Lovell, Markus M. Hilscher, Claudio V. Mello, Ricardo M. Leão: Control of Phasic Firing by a Background Leak Current in Avian Forebrain Auditory Neurons. Frontiers in Cellular Neuroscience 12/2015; 9(13). DOI:10.3389/fncel.2015.00471.
- João Zugaib, Cesar C Ceballos, Ricardo M Leão: High doses of salicylate reduces glycinergic inhibition in the dorsal cochlear nucleus of the rat. Hearing Research 11/2015; DOI:10.1016/j.heares.2015.10.008.
- Alexandra Olimpio Siqueira Cunha, Jose Antonio Cortes de Oliveira, Sebastião Sousa Almeida, Norberto Garcia-Cairasco, Ricardo Maurício Leão: Inhibition of long-term potentiation in the schaffer-CA1 pathway by repetitive high intensity sound stimulation. Neuroscience 09/2015; 310. DOI:10.1016/j.neuroscience.2015.09.040.
- Carlos Eduardo L Almado, Benedito H Machado, Ricardo M Leão: Chronic Intermittent Hypoxia Depresses Afferent Neurotransmission in NTS Neurons by a Reduction in the Number of Active Synapses. The Journal of Neuroscience 11/2012; 32(47):16736-46. DOI:10.1523/JNEUROSCI.2654-12.2012.
- Ricardo M Leao, Shuang Li, Brent Doiron, Thanos Tzounopoulos: Diverse levels of an inwardly rectifying potassium conductance generate heterogeneous neuronal behavior in a population of dorsal cochlear nucleus pyramidal neurons. Journal of Neurophysiology 02/2012; 107(11):3008-19. DOI:10.1152/jn.00660.2011.
- Thanos Tzounopoulos, Ricardo M. Leão: Mechanisms of Memory and Learning in the Auditory System. Synaptic Mechanisms in the Auditory System, 09/2011: pages 203-226.
COLABORADORES
Nacionais
- Prof. Norberto Garcia-Cairasco (FMRP-USP); Prof. Benedito H. Machado (FMRP-USP); Prof. Antônio Roque (FFCLRP-USP);
- Prof. Sebastião Souza Almeida (FFCLRP-USP); Prof. Richardson N. Leão (ICe-UFRN); Prof. Aldo Rogelis A. Rodrigues, (UFTM).
Internacionais
- Prof. Gerard Borst (Erasmus University, Holanda);
- Prof. Thanos Tzounopoulos (University of Pittsburgh, EUA);
- Prof. Claudio Mello (OHSU, EUA);
- Prof. David Vicario (Rutgers University, EUA).