عملکرد ساختار مرموز موجود در نورون ها —

اکنون، استاد برجسته فیزیولوژی و زیست شناسی غشایی در دانشکده پزشکی دانشگاه کالیفرنیا دیویس بالاخره ممکن است پاسخی داشته باشد. در مطالعه جدیدی که در PNASتریمر و همکارانش نشان می‌دهند که این خوشه‌های پروتئین «نقاط داغ» سیگنال‌دهنده کلسیم در نورون هستند که نقش مهمی در فعال‌سازی رونویسی ژن دارند.

رونویسی به بخش‌هایی از DNA نورون اجازه می‌دهد تا به رشته‌هایی از RNA “رونویسی” شود که سپس برای ایجاد پروتئین‌های مورد نیاز سلول استفاده می‌شود.

ساختارهایی که در بسیاری از حیوانات یافت می شود

آزمایشگاه تریمر خوشه های مرموز را در موش ها مطالعه می کند، اما این خوشه ها در بی مهرگان و همه مهره داران – از جمله انسان ها – وجود دارند. تریمر تخمین می زند که می تواند 50 تا 100 مورد از این خوشه های بزرگ روی یک نورون وجود داشته باشد.

او و همکارانش می‌دانستند که این خوشه‌ها توسط پروتئینی تشکیل می‌شوند که یون‌های پتاسیم را از غشاها (یک کانال پتاسیم) عبور می‌دهد. آنها همچنین می دانستند که این خوشه ها حاوی نوع خاصی از کانال کلسیم هستند. کانال‌های کلسیم به کلسیم اجازه ورود به سلول‌ها را می‌دهند، جایی که بسته به نوع سلول، واکنش‌های فیزیولوژیکی مختلفی را ایجاد می‌کند.

تریمر گفت: “وجود این خوشه ها در نورون ها به شدت حفظ شده است.” ویژگی‌های بسیار حفاظت‌شده در مقیاس‌های زمانی تکاملی نسبتاً بدون تغییر هستند، که نشان می‌دهد آنها یک ویژگی عملکردی مهم در این گونه‌های بسیار متفاوت از حیوانات دارند.

هیپوکامپ، ناحیه ای از مغز که در آن خوشه ها روی نورون ها قرار دارند، نقش مهمی در یادگیری و حافظه ایفا می کند. محققان می دانستند که اختلال در این خوشه ها – به عنوان مثال، جهش های ژنتیکی در کانال پتاسیم – منجر به اختلالات عصبی شدید می شود. اما معلوم نشد چرا.

ما مدت‌هاست که عملکرد انواع دیگر خوشه‌های کانال یونی، به عنوان مثال در سیناپس‌ها را می‌دانیم. با این حال، هیچ نقش شناخته‌شده‌ای وجود نداشت که این ساختارهای بسیار بزرگ‌تر روی بدن سلولی در فیزیولوژی نورون ایفا کنند. تریمر گفت.

کانال‌های کلسیم غرق‌شده را با «فریب‌ها» آزمایش کنید

آزمایشی که عملکرد خوشه های عصبی را نشان داد توسط Nicholas C. Vierra، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه Trimmer و نویسنده اصلی این مطالعه طراحی شد.

ما رویکردی را توسعه دادیم که به ما اجازه می‌دهد کانال کلسیم را از خوشه‌های کانال پتاسیم در نورون‌ها جدا کنیم. یک یافته کلیدی این بود که این درمان بیان ژن تحریک‌شده با کلسیم را مسدود می‌کند. این نشان می‌دهد که همکاری کانال کلسیم و کانال پتاسیم در این خوشه‌ها برای این خوشه‌ها مهم است. ویرا گفت: عملکرد عصبی.

برای آزمایش خود، محققان اساساً کانال‌های کلسیمی را در این خوشه‌ها با پر کردن سلول‌های عصبی با قطعات کانال پتاسیم فریبنده «فریب» دادند. وقتی کانال‌های کلسیم به جای کانال‌های پتاسیم واقعی روی طعمه‌ها قرار گرفتند، از خوشه‌ها دور شدند.

در نتیجه، فرآیندی که به عنوان جفت شدن تحریک-رونویسی شناخته می شود، که تغییرات در فعالیت الکتریکی عصبی را به تغییرات در بیان ژن پیوند می دهد، غیرفعال شد.

تریمر گفت: «کانال‌های کلسیم زیادی وجود دارد، اما نوع خاصی از کانال کلسیمی که در این خوشه‌ها یافت می‌شود برای تبدیل تغییرات در فعالیت الکتریکی به تغییرات در بیان ژن ضروری است.» “ما دریافتیم که اگر شما با پروتئین های سیگنال دهنده کلسیم واقع در این خوشه های غیرمعمول تداخل داشته باشید، اساسا جفت شدن تحریک-رونویسی را که برای یادگیری، حافظه و سایر اشکال انعطاف پذیری عصبی حیاتی است، حذف می کنید.”

تریمر و ویرا امیدوارند که یافته های آنها راه های جدیدی برای تحقیق باز کند.

ویرا می گوید: “تحقیقات زیادی بر سیگنال دهی کلسیم در دندریت ها متمرکز شده است – مکان هایی که نورون ها سیگنال های نورون های دیگر را دریافت می کنند. سیگنالینگ کلسیم در بدنه سلولی نورون ها کمتر مورد توجه قرار گرفته است.” اکنون ما بیشتر در مورد اهمیت سیگنال دهی در این مکان های خاص در بدنه سلولی نورون می دانیم.

تریمر می گوید: «ما تازه در ابتدای درک اهمیت این سیگنال دهی هستیم، اما این نتایج جدید ممکن است اطلاعاتی را ارائه دهد که می تواند تحقیقات جدیدی را در مورد نقش آن در عملکرد مغز و شاید در نهایت به توسعه کلاس های جدید درمانی شکل دهد.

نویسندگان دیگر در این مطالعه عبارتند از: سامانتا سی. اودوایر، کولین ماتسوموتو و ال. فرناندو سانتانا، گروه فیزیولوژی و زیست شناسی غشایی، دانشکده پزشکی UC Davis.

این تحقیق توسط جوایز مؤسسه ملی بهداشت تأمین شده است.