بیوشیمی‌ها از آنزیم‌ها برای تغییر نحوه ارتباط سلول‌های مغز با یکدیگر استفاده می‌کنند

همانطور که شما در حال خواندن این جمله هستید، سلول های مغز شما به نام نورون ها سیگنال های الکتریکی سریع آتش را بین یکدیگر ارسال می کنند و اطلاعات را منتقل می کنند. آنها این کار را از طریق اتصالات کوچک و تخصصی بین خود به نام سیناپس انجام می دهند.

انواع مختلفی از سیناپس‌ها وجود دارد که بین نورون‌ها شکل می‌گیرند، از جمله «تحریکی» یا «بازدارنده» و مکانیسم‌های دقیق ایجاد این ساختارها برای دانشمندان نامشخص است. یک آزمایشگاه بیوشیمی دانشگاه ایالتی کلرادو با نشان دادن اینکه انواع مواد شیمیایی آزاد شده از سیناپس‌ها در نهایت نوع سیناپس‌ها را بین نورون‌ها راهنمایی می‌کنند، بینش بزرگی را در مورد این سوال کشف کرده است.

سوهام چاندا، استادیار دپارتمان بیوشیمی و بیولوژی مولکولی، این مطالعه را رهبری کرد که در ارتباطات طبیعت که امکان تغییر هویت سیناپس‌ها بین نورون‌ها، هم در شرایط آزمایشگاهی و هم درون تنی، از طریق روش‌های آنزیمی را نشان می‌دهد. دانشمندان ارشد دیگری که در این پروژه مشارکت داشتند، توماس سودهف از دانشگاه استنفورد و متیو خو-فریدمن از دانشگاه بوفالو بودند.

در آزمایشگاه، چاندا و همکارانش توانستند تنها با استفاده از آنزیم‌ها، تغییرات سیناپس‌ها را بین انواع تحریک‌کننده و بازدارنده ایجاد کنند و نورون‌ها را تنها چند ژن را بیان کنند که باعث ایجاد آبشاری از تغییرات در دستگاه سیناپس‌ها می‌شود. چنین پیشرفتی می‌تواند پیامدهای عمده‌ای برای درمان بیماری‌های مغزی داشته باشد که ناشی از نقص در پردازش و تبادل اطلاعات سیناپسی است.

چاندا گفت: «ما اطلاعات کمی در مورد نحوه عملکرد مغز انسان داریم و در مرکز آن، باید بفهمیم که نورون ها چگونه با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. “درک مکانیسم های اساسی تشکیل و نگهداری سیناپس ها پیامدهای فوق العاده ای در درک اختلالات مغزی دارد.”

نتایج آن‌ها نشان می‌دهد که پروتئین‌های چسبنده سلولی بیان‌شده در ناحیه اتصال سیناپسی تنها تامین‌کننده عملکرد سیناپس‌ها نیستند، همانطور که برخی فکر می‌کنند. در عوض، به نظر می رسد که مواد شیمیایی به نام انتقال دهنده های عصبی که از محل پیش سیناپسی (جایی که اطلاعات از آنجا می آید) آزاد می شوند، همچنین نقش مهمی در کنترل نوع سیناپس ها و مکان دارند.

تیم CSU از نورون های انسانی مشتق از سلول های بنیادی برای نشان دادن توانایی خود در تولید انواع خاصی از اتصالات سیناپسی با آزادسازی کنترل شده انتقال دهنده های عصبی خاص استفاده کرد. همکاران در دانشگاه بوفالو همین پدیده را در مغز موش زنده نشان دادند.

Xu-Friedman گفت: “سیناپس ها به بسیاری از ماشین های دیگر نیاز دارند؛ نورون ها از همه اینها مراقبت کردند و سیناپس های تحریک کننده را به سیناپس های بازدارنده تبدیل کردند – یک تغییر اساسی در هویت آنها.”

چاندا مجذوب نورون‌ها است، “زیرا هیچ نوع سلول دیگری در بدن انسان به همان سطح از پیچیدگی عملکردی که به شکل و ساختار آنها گره خورده است” ندارد.