Avaliação de Estruturas de Transporte Iônico na Sinalização de Ca2+ e Na+ em um Sistema de Comunicação Molecular entre Astrócitos

Abstract

Modelos computacionais que simulam a comunicação molecular entre células vivas são uma ferramenta de investigação valiosa, visto que a possibilidade de caracterizar a propagação de moléculas como sinais de informações tem viabilizado o desenvolvimento de novas soluções principalmente na área da biomedicina, como por exemplo, no tratamento de doenças do tecido nervoso. Nesse contexto, a propagação intracelular de moléculas de Ca2+, conhecida como sinalização de Ca2+, representa um mecanismo crucial na manutenção das atividades dos astrócitos, que são células que atuam no processamento de informações da região sináptica. Existem numerosos modelos na literatura que simulam a sinalização do Ca2+ em um tecido de astrócitos, no entanto, moléculas como o Na+ e o K+ desenvolvem um papel importante na homeostase dessas células através de estruturas de transporte iônico presentes na membrana plasmática, agregando maior robustez aos modelos computacionais. Diante disso, este trabalho desenvolveu um modelo computacional que simula um sistema de comunicação molecular em um tecido de astrócitos, considerando as reações das sinalizações do Ca2+ e do Na+, bem como algumas estruturas de transporte, como o canal trocador de Na+ e Ca2+, a bomba de Na+ e K+ e a bomba de Ca2+, a fim de avaliar os efeitos destas na propagação intracelular do Ca2+ por meio de 4 métricas: capacidade do canal, taxa de erro de bit (BER), ganho de comunicação e relação sinal-ruído. Os novos modelos permitiram um aumento médio de cerca de 30% na concentração de Ca2+ no tecido, além de proporcionarem uma nova perspectiva para a análise da capacidade do canal, que se tornou inversamente proporcional à frequência em parte da banda analisada. O Na+ e o K+ interferiram indiretamente no sinal do sistema, contribuindo para um aumento de cerca de 0, 05 para cerca de 0, 35 no valor máximo da BER. Tais resultados mostram o impacto de diferentes modelos de reações nos algoritmos de simulação de sistemas moleculares e evidenciam a necessidade de levá-los em consideração.