التجمعات غير المعتادة على الخلايا العصبية هي "نقاط ساخنة" لإشارات الكالسيوم والتي تنشط نسخ الجينات ، مما يسمح للخلايا العصبية بإنتاج بروتينات مهمة.
لمدة 30 عامًا ، وجدت مجموعات غامضة من البروتينات في الجسم الخلوي للخلايا العصبية في الحُصين ، وهو جزء من الدماغ ، حيرة وحيرة جيمس تريمر.
الآن ، قد يكون لدى الأستاذ المتميز لعلم وظائف الأعضاء وبيولوجيا الأغشية في كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في ديفيس إجابة أخيرًا. في دراسة جديدة نشرت في PNASكشف تريمر وزملاؤه أن هذه المجموعات البروتينية هي "نقاط ساخنة" لإشارات الكالسيوم في الخلايا العصبية التي تلعب دورًا حاسمًا في تنشيط النسخ الجيني.
يسمح النسخ بأجزاء من الخلايا العصبية الحمض النووي ليتم "نسخها" إلى فروع RNA التي يتم استخدامها بعد ذلك لإنشاء البروتينات التي تحتاجها الخلية.
توجد هياكل في العديد من الحيوانات
يدرس مختبر Trimmer المجموعات الغامضة في الفئران ، لكنها موجودة في اللافقاريات وجميع الفقاريات - بما في ذلك البشر. يقدر Trimmer أنه يمكن أن يكون هناك من 50 إلى 100 من هذه المجموعات الكبيرة في خلية عصبية واحدة.
لقد علم هو وزملاؤه أن العناقيد تتكون من بروتين يمرر أيونات البوتاسيوم عبر الأغشية (قناة البوتاسيوم). لقد عرفوا أيضًا أن هذه المجموعات تحتوي على نوع معين من قنوات الكالسيوم. تسمح قنوات الكالسيوم للكالسيوم بدخول الخلايا ، حيث يطلق مجموعة متنوعة من الاستجابات الفسيولوجية اعتمادًا على نوع الخلية.
اكتشف الباحثون في مختبر Trimmer في كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في ديفيس أن التجمعات الغامضة من البروتينات الموجودة في الخلايا العصبية هي "نقاط ساخنة" لإشارات الكالسيوم التي تنشط النسخ الجيني ، مما يسمح للخلايا العصبية بإنتاج بروتينات مهمة. قد يساعد هذا الاكتشاف في تشكيل بحث جديد حول دور "النقاط الساخنة" في وظائف الدماغ وربما يؤدي إلى فئات جديدة من العلاجات.
قال تريمر: "إن وجود هذه المجموعات في الخلايا العصبية محفوظ للغاية". الميزات المحفوظة بشكل كبير لم تتغير نسبيًا من خلال المقاييس الزمنية التطورية ، مما يشير إلى أن لها خاصية وظيفية مهمة في هذه الأنواع المختلفة جدًا من الحيوانات.
يلعب الحُصين ، وهي منطقة من الدماغ تتواجد فيها التجمعات في الخلايا العصبية ، دورًا رئيسيًا في التعلم والذاكرة. عرف الباحثون أن اضطراب هذه المجموعات - على سبيل المثال ، من الطفرات الجينية في قناة البوتاسيوم - يؤدي إلى اضطرابات عصبية شديدة. لكن لم يتضح السبب.
لقد عرفنا وظيفة الأنواع الأخرى من مجموعات القنوات الأيونية ، على سبيل المثال تلك الموجودة في نقاط الاشتباك العصبي ، لفترة طويلة. ومع ذلك ، لم يكن هناك دور معروف تلعبه هذه الهياكل الأكبر بكثير على جسم الخلية في فسيولوجيا الخلايا العصبية ، "قال تريمر.
ركزت الكثير من الأبحاث على إشارات الكالسيوم في التشعبات. الآن نحن نفهم الكثير عن أهمية إرسال الإشارات في هذه المواقع المحددة على جسم الخلية للخلايا العصبية. " - نيكولاس سي فييرا
تجربة غمرت قنوات الكالسيوم بـ "الشراك الخداعية"
تم تصميم التجربة التي كشفت عن وظيفة المجموعات العصبية بواسطة نيكولاس سي فييرا ، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر Trimmer والمؤلف الرئيسي للدراسة.
لقد طورنا أسلوبًا يتيح لنا فصل قناة الكالسيوم عن مجموعات قنوات البوتاسيوم في الخلايا العصبية. كان الاكتشاف الرئيسي هو أن هذا العلاج منع التعبير الجيني المحفز للكالسيوم. هذا يشير إلى أن شراكة قناة الكالسيوم وقناة البوتاسيوم في هذه المجموعات مهمة لوظيفة الخلايا العصبية ، "قال فييرا.
في تجربتهم ، قام الباحثون بشكل أساسي بـ "خداع" قنوات الكالسيوم في هذه المجموعات عن طريق إغراق الخلايا العصبية بشظايا قناة البوتاسيوم الشائكة. عندما تمسك قنوات الكالسيوم بالشراك الخداعية بدلاً من قنوات البوتاسيوم الحقيقية ، فإنها تسقط بعيدًا عن التجمعات.
نتيجة لذلك ، تم تعطيل العملية المعروفة باسم اقتران النسخ - الإثارة ، والتي تربط التغييرات في النشاط الكهربائي للخلايا العصبية بالتغيرات في التعبير الجيني.
قال تريمر: "هناك الكثير من قنوات الكالسيوم المختلفة ، لكن النوع المعين من قنوات الكالسيوم الموجود في هذه المجموعات ضروري لتحويل التغييرات في النشاط الكهربائي إلى تغييرات في التعبير الجيني". "وجدنا أنه إذا تداخلت مع بروتينات إشارات الكالسيوم الموجودة في هذه المجموعات غير العادية ، فإنك تتخلص أساسًا من اقتران النسخ الإثارة ، وهو أمر بالغ الأهمية للتعلم والذاكرة وأشكال أخرى من اللدونة العصبية."
يأمل تريمر وفييرا أن تفتح النتائج التي توصلوا إليها آفاقًا جديدة للبحث.
ركزت الكثير من الأبحاث على إشارات الكالسيوم في التشعبات - المواقع التي تتلقى فيها الخلايا العصبية إشارات من الخلايا العصبية الأخرى. قال فييرا: "إشارات الكالسيوم في الجسم الخلوي للخلايا العصبية حظيت باهتمام أقل". "نحن الآن نفهم الكثير عن أهمية إرسال الإشارات في هذه المواقع المحددة على جسم الخلية في الخلية العصبية."
قال تريمر: "ما زلنا في بداية فهم أهمية هذه الإشارات ، ولكن هذه النتائج الجديدة قد توفر معلومات يمكن أن تشكل بحثًا جديدًا حول دورها في وظائف المخ ، وربما في النهاية في تطوير فئات جديدة من العلاجات".
المرجع: "تنظيم الإثارة العصبية - اقتران النسخ عن طريق التجميع المستحث بـ Kv2.1 للنوع الجسدي من النوع L Ca2+ القنوات في تقاطعات ER-PM "بقلم نيكولاس سي فييرا ، وسامانثا سي أودواير ، وكولين ماتسوموتو ، ول.فرناندو سانتانا ، وجيمس س. تريمر ، 8 نوفمبر 2021 ، وقائع الاكاديمية الوطنية للعلوم.
دوي: شنومكس / pnas.10.1073
من بين المؤلفين الإضافيين في الدراسة سامانثا سي أودواير وكولين ماتسوموتو ول.فرناندو سانتانا ، قسم علم وظائف الأعضاء وبيولوجيا الأغشية ، كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في ديفيس.
تم تمويل هذا البحث بجوائز من المعاهد الوطنية للصحة.
