Vikundi visivyo vya kawaida kwenye nyuroni ni "hotspots" zinazoashiria kalsiamu ambazo huwezesha unukuzi wa jeni, kuruhusu niuroni kutoa protini muhimu.
Kwa miaka 30, makundi ya ajabu ya protini yaliyopatikana kwenye seli ya niuroni katika hipokampasi, sehemu ya ubongo, yote yalimstaajabisha na kumstaajabisha James Trimmer.
Sasa, profesa mashuhuri wa fiziolojia na baiolojia ya utando katika Shule ya Tiba ya UC Davis hatimaye anaweza kuwa na jibu. Katika utafiti mpya uliochapishwa katika PNAS, Trimmer na wenzake wanafichua vishada hivi vya protini ni "eneo kuu" la kalsiamu katika niuroni ambazo zina jukumu muhimu katika kuwezesha unukuzi wa jeni.
Unukuzi huruhusu sehemu za niuroni DNA "kunakiliwa" katika nyuzi za RNA ambazo hutumika kutengeneza protini zinazohitajika na seli.
Miundo inayopatikana katika wanyama wengi
Maabara ya Trimmer huchunguza makundi ya ajabu katika panya, lakini wanapatikana katika wanyama wasio na uti wa mgongo na wanyama wote wenye uti wa mgongo - ikiwa ni pamoja na binadamu. Trimmer anakadiria kuwa kunaweza kuwa na 50 hadi 100 kati ya makundi haya makubwa kwenye neuroni moja.
Yeye na wenzake walijua kwamba makundi hayo yanaundwa na protini ambayo hupitisha ioni za potasiamu kupitia utando (mfereji wa potasiamu). Pia walijua kuwa vikundi hivi vina aina fulani ya chaneli ya kalsiamu. Njia za kalsiamu huruhusu kalsiamu kuingia kwenye seli, ambapo husababisha aina mbalimbali za majibu ya kisaikolojia kulingana na aina ya seli.
Watafiti katika Maabara ya Trimmer katika Shule ya Tiba ya UC Davis wamegundua kuwa vishada vya ajabu vya protini vinavyopatikana kwenye nyuroni ni "hotspots" zenye ishara ya kalsiamu ambazo huamilisha unukuzi wa jeni, kuruhusu neurons kutoa protini muhimu. Ugunduzi huo unaweza kusaidia kuunda utafiti mpya katika jukumu la "eneo kuu" katika utendakazi wa ubongo na uwezekano wa kusababisha madarasa mapya ya matibabu.
"Kuwepo kwa makundi haya katika neurons kunahifadhiwa sana," Trimmer alisema. Vipengele vilivyohifadhiwa sana kwa kiasi havijabadilika kupitia viwango vya nyakati vya mageuzi, na kupendekeza vina sifa muhimu ya utendaji katika aina hizi tofauti za wanyama.
Hipokampasi, eneo moja la ubongo ambapo nguzo hupatikana kwenye nyuroni, ina jukumu kubwa katika kujifunza na kumbukumbu. Watafiti walijua kwamba usumbufu wa makundi haya - kwa mfano, kutokana na mabadiliko ya maumbile katika chaneli ya potasiamu - husababisha matatizo makubwa ya neva. Lakini haikuwa wazi kwa nini.
"Tumejua kazi ya aina zingine za nguzo za ioni, kwa mfano zile za sinepsi, kwa muda mrefu. Walakini, hakukuwa na jukumu linalojulikana ambalo miundo hii kubwa zaidi kwenye seli ya seli ilicheza katika fiziolojia ya neuroni, "Trimmer alisema.
"Utafiti mwingi umezingatia kuashiria kalsiamu kwenye dendrites. Sasa tunaelewa mengi zaidi kuhusu umuhimu wa kutoa ishara katika tovuti hizi maalum kwenye seli ya seli ya niuroni.” - Nicholas C. Vierra
Jaribu njia za kalsiamu zilizojaa na "udanganyifu"
Jaribio lililofichua utendakazi wa nguzo za nyuro liliundwa na Nicholas C. Vierra, mtafiti wa baada ya udaktari katika maabara ya Trimmer na mwandishi mkuu wa utafiti.
"Tulibuni mbinu ambayo ilituruhusu kutenganisha chaneli ya kalsiamu kutoka kwa nguzo za chaneli ya potasiamu kwenye niuroni. Ugunduzi muhimu ulikuwa kwamba matibabu haya yalizuia usemi wa jeni unaosababishwa na kalsiamu. Hii inapendekeza kwamba ushirikiano wa chaneli ya kalsiamu-potasiamu katika vishada hivi ni muhimu kwa utendaji kazi wa nyuroni,” Vierra alisema.
Kwa majaribio yao, watafiti kimsingi "walilaghai" chaneli za kalsiamu kwenye nguzo hizi kwa kujaza nyuroni na vipande vya idhaa vya potasiamu. Wakati njia za kalsiamu ziliponyakua kwenye decoys badala ya njia halisi za potasiamu, zilianguka kutoka kwa makundi.
Kwa sababu hiyo, mchakato unaojulikana kama uunganishaji wa unukuzi wa msisimko, unaounganisha mabadiliko katika shughuli za umeme wa niuroni na mabadiliko ya usemi wa jeni, ulizimwa.
"Kuna njia nyingi tofauti za kalsiamu, lakini aina fulani ya chaneli ya kalsiamu inayopatikana kwenye nguzo hizi ni muhimu kwa kubadilisha mabadiliko katika shughuli za umeme hadi mabadiliko ya usemi wa jeni," Trimmer alisema. "Tuligundua kuwa ikiwa utaingilia kati na protini zinazoashiria kalsiamu zilizo kwenye vikundi hivi visivyo vya kawaida, kimsingi unaondoa uunganishaji wa maandishi ya msisimko, ambayo ni muhimu kwa kujifunza, kumbukumbu, na aina zingine za uboreshaji wa nyuroni."
Trimmer na Vierra wanatumai matokeo yao yatafungua njia mpya za utafiti.
"Utafiti mwingi umezingatia uwekaji ishara wa kalsiamu katika dendrites - tovuti ambapo niuroni hupokea ishara kutoka kwa niuroni zingine. Kuashiria kalsiamu katika seli za nyuroni kumepokea uangalifu mdogo," Vierra alisema. "Sasa tunaelewa mengi zaidi juu ya umuhimu wa kuashiria katika tovuti hizi maalum kwenye seli ya seli ya niuroni."
"Sisi ni mwanzo tu wa kuelewa umuhimu wa ishara hii, lakini matokeo haya mapya yanaweza kutoa habari ambayo inaweza kuunda utafiti mpya katika jukumu lake katika kazi ya ubongo, na labda hatimaye katika maendeleo ya madarasa mapya ya matibabu," alisema Trimmer.
Rejelea: “Udhibiti wa msisimko wa nyuro–unukuzi wa kuunganisha kwa Kv2.1-ikiwa ni nguzo ya somatic L-aina ya Ca2+ chaneli kwenye makutano ya ER-PM” na Nicholas C. Vierra, Samantha C. O'Dwyer, Collin Matsumoto, L. Fernando Santana na James S. Trimmer, 8 Novemba 2021, Kesi ya Chuo cha Taifa cha Sayansi.
DOI: 10.1073 / pnas.2110094118
Waandishi wa ziada kwenye utafiti huo ni pamoja na Samantha C. O'Dwyer, Collin Matsumoto na L. Fernando Santana, Idara ya Fizikia na Biolojia ya Utando, UC Davis School of Medicine.
Utafiti huu ulifadhiliwa na tuzo kutoka kwa Taasisi za Kitaifa za Afya.
