تقوم خلايا الدماغ باستمرار بسحب المواد من السائل المحيط بها، بما في ذلك العناصر الغذائية، وجزيئات الإشارة، وأجزاء من أسطحها الخارجية. هذه العملية، التي تسمى الالتقام الخلوي، تدعم التعلم والذاكرة والصيانة الروتينية للخلايا العصبية.
وقد حدد الباحثون في ولاية بنسلفانيا الآن بنية لم يتم التعرف عليها من قبل والتي قد تتحكم في الكثير من هذا النشاط. الهيكل عبارة عن شبكة شبكية تقع أسفل سطح الخلايا العصبية مباشرة وتُعرف باسم الهيكل العظمي الدوري المرتبط بالغشاء، أو MPS.
حارس بوابة مخفي داخل الخلايا العصبية
في النتائج المنشورة في تقدم العلومأظهر الفريق أن MPS يعمل كحارس فيزيائي لكل أنواع الالتقام الرئيسية تقريبًا. تم بناء هذه البنية من حلقات متكررة من البروتينات، ومن المعروف بالفعل أنها تساعد الخلايا العصبية على الاحتفاظ بشكلها. تشير النتائج الجديدة إلى أنها تلعب أيضًا دورًا أكثر نشاطًا من خلال التحكم في مكان وزمان دخول المواد إلى الخلية.
يقول روبو تشو، الأستاذ المساعد في الكيمياء والكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية والهندسة الطبية الحيوية في ولاية بنسلفانيا والمؤلف المقابل للدراسة: “منذ سنوات عديدة نحاول فهم هذه الآلية الجزيئية، وما هو نوع الآلية التي ستساعد في تسهيل هذه العملية، لأنها مرتبطة بالأمراض التنكسية العصبية”. “عندما يحدث خطأ في عملية الالتقام الخلوي – امتصاص العناصر الغذائية وتنظيمها – فإن هناك تراكمًا للبروتين سيتراكم في الدماغ، وهو السمة المميزة للأمراض التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون.”
ساعد تشو في اكتشاف MPS في عام 2013 أثناء عمله كباحث ما بعد الدكتوراه في فريق بجامعة هارفارد. في ذلك الوقت، اعتقد العلماء أن الهيكل كان بمثابة نظام دعم داخلي سلبي. في الدراسة الجديدة، استخدم تشو وزملاؤه تصويرًا فائق الدقة على الخلايا العصبية المزروعة في المختبر، ووجدوا أن MPS يتصرف مثل وحدة التحكم في حركة المرور الخلوية، حيث ينظم جميع الأشكال الرئيسية للالتقام الخلوي.
مشاهدة الامتصاص الخلوي على مقياس النانو
واعتمد الباحثون على الفحص المجهري المتقدم فائق الدقة، والذي يمكنه الكشف عن الهياكل على المستوى النانوي – أصغر بحوالي 10000 مرة من سمك شعرة الإنسان. لقد درسوا الخلايا العصبية المزروعة في أطباق بتري وتسببوا في تكوين بروتينات مختارة داخل الخلايا حتى يمكن تتبع تلك البروتينات.
ثم قام العلماء بتعريض الخلايا العصبية لجزيئات مختلفة ولاحظوا كيف امتصتها الخلايا بينما ظلت MPS سليمة. كما قاموا أيضًا بتغيير البنية عن طريق إتلاف أو حماية أجزاء معينة، مما سمح لهم بمعرفة كيفية استجابة الخلايا العصبية عند تغير الشبكة.
عندما تعطلت الـ MPS، بدأت الخلايا العصبية في امتصاص المواد بشكل أسرع بكثير. يشير هذا إلى أن الشبكة عادةً ما تبطئ العملية وتمنع الامتصاص المفرط.
واكتشف الباحثون أيضًا أن البنية يمكن أن تساهم في انهيارها. أدى الالتقام السريع إلى إضعاف الشبكة وإثارة حلقة ردود فعل إيجابية. تعمل زيادة امتصاص الإشارات الجزيئية على تنشيط البروتينات التي توجه البروتينات داخل الخلايا العصبية لقطع أجزاء من الهيكل العظمي. وقد فتح ذلك نقاط دخول إضافية وسمح بدخول المزيد من العناصر الغذائية والبروتينات.
وقال تشو: “لقد اكتشفنا أن هذا الهيكل العظمي الغشائي ينظم بشكل فعال عملية امتصاص الخلايا العصبية للمغذيات”. “يمكنك أن تفكر في الأمر كحارس بوابة، يحرس هذا الحاجز المادي لمنع حدوث امتصاص العناصر الغذائية. عندما تحتاج الخلية العصبية إلى تناول مادة مغذية معينة، فإن حارس البوابة هذا سيفتح البوابات ويسمح لها بالدخول.”
وأوضح تشو أن هذه المرونة قد تسمح للخلايا العصبية بزيادة نشاطها عندما تحتاج إلى الاستجابة بسرعة. ومع ذلك، فإن نفس الآلية يمكن أن تصبح ضارة إذا لم يتم التحكم فيها بشكل صحيح.
اقرأ أيضًا...
رابط محتمل لمرض الزهايمر
وللتحقق من هذا الاحتمال، أنشأ الباحثون تجارب خلوية تشبه المراحل المبكرة من مرض الزهايمر. لقد جعلوا الخلايا العصبية تنتج مستويات أعلى من بروتين الأميلويد (APP)، وهو علامة رئيسية مرتبطة بالمرض.
أدى إضعاف MPS إلى استيعاب الخلايا العصبية لـ APP بسرعة أكبر. بعد دخول الخلايا، تم تقطيع APP إلى الأميلويد-B42، وهو جزء سام يرتبط بقوة بمرض الزهايمر. تراكمت لدى الخلايا العصبية التي تعاني من تلف MPS كميات متزايدة من هذا الجزيء الضار وأظهرت المزيد من علامات موت الخلايا.
قال جينيو فاي، طالب دراسات عليا في قسم الكيمياء في كلية إيبرلي للعلوم بولاية بنسلفانيا والمؤلف الرئيسي للدراسة: “لقد أنشأنا نموذجًا يشبه إلى حد كبير مرض الزهايمر ووجدنا أنه في بعض الخلايا العصبية المتقدمة في السن، أو الخلايا العصبية التي تعاني من ظروف مرضية، تم تعزيز الالتقام الخلوي للبروتينات السامة، مما تسبب في ظروف مرهقة، مما أدى في النهاية إلى موت الخلايا العصبية”.
هدف علاجي جديد محتمل
تشير النتائج إلى أن MPS قد يعمل كحاجز وقائي في الخلايا العصبية عن طريق إبطاء امتصاص APP والحد من تراكم الجزيئات السامة. نظرًا لأنه من المعروف أن البنية تتدهور أثناء الشيخوخة وأمراض التنكس العصبي، فإن انهيارها يمكن أن يدفع الخلايا العصبية إلى دورة ضارة تتضمن زيادة إنتاج الأميلويد، والمزيد من الضعف الهيكلي، وموت الخلايا في نهاية المطاف.
وقال الباحثون إن حماية هذه الشبكة أو تثبيتها قد يوفر طريقة جديدة لإبطاء التنكس العصبي.
وقال فاي: “نعتقد أن هذا يمكن أن يفتح الباب أمام علاجات مستقبلية مثل البروتين المستهدف لعلاج الأمراض التنكسية العصبية”. “إن الحفاظ على MPS أو تثبيته قد يوفر طريقة لإبطاء التغيرات الخلوية الخفية المبكرة التي تسبق أعراض الزهايمر.”
المؤلفون الآخرون في هذه الورقة هم يوانمين تشنغ، مرشح الدكتوراه في الهندسة الطبية الحيوية؛ كادين لالوند، طالب جامعي في السنة الرابعة متخصص في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية؛ ويوان تاو، طالب دراسات عليا في معاهد هاك لعلوم الحياة بولاية بنسلفانيا.
قامت المعاهد الوطنية للصحة بتمويل هذا العمل.
المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily
