مغزت چطوری کار می‌کنه؟ کشف جدیدی از نقش کلیدی پروتئین‌ها در تبادل اطلاعات عصبی!

نقش رگه‌های کمکی پروتئینی در تبادل پیام‌های عصبی

تیمی از پژوهشگران دانشگاه ماساچوست آمهرست، برای اولین بار نشون دادن که پروتئین‌هایی به اسم رگه‌های کمکی، نقش محوری در صحت انتقال پیام‌ها بین سلول‌های عصبی دارن. وقتی این روند عصبی به مشکل برمی‌خوره، بیماری‌های مخربی مثل آلزایمر و پارکینسون و بقیه‌ی بیماری‌ها بروز می‌کنن. دستاوردهای این تیم، یه نگاه تازه به چگونگی عملکرد بخش‌های مهم این فرآیند ارائه می‌ده و قدمی در جهت فهم سازوکارهای اساسی بیماری‌های تحلیل‌برنده‌ی اعصاب به حساب میاد.

این پژوهش که به تازگی تو مجله‌ی شیمی بیولوژیکی منتشر شده، نقش رگه‌ی کمکی اصلی Hsc70 و یه همکار مخصوص به اسم CSPa رو تو آماده‌سازی یه پروتئین پیچیده‌ی دیگه به نام SNAP-25 بررسی می‌کنه، تا این پروتئین بتونه نقش حیاتی‌ش رو تو ماشین‌آلات مسئول تبادل پیام‌ها بین سلول‌های عصبی، ایفا کنه. سلول‌های عصبی، سلول‌های ویژه‌ی سیستم عصبی هستن که وظیفه‌شون ارسال پیام‌های الکتریکیه؛ پیام‌هایی که اطلاعات رو رمزگذاری می‌کنن و باعث میشن ما بتونیم بخونیم، فکر کنیم، نفس بکشیم، غذا بخوریم و خلاصه هرکاری انجام بدیم.

شاید فکر کنید سلول‌های عصبی مثل سیم‌های برق عمل می‌کنن، ولی این تصور اشتباهه، چون یه فاصله‌ی کوچیک به اسم سیناپس، هر سلول عصبی رو از همکارش جدا می‌کنه. هنوز کاملاً معلوم نیست یه پیام الکتریکی چجوری از این فاصله‌ی سیناپسی رد میشه، اما ظاهراً روند اصلی اینجوریه: یه سلول عصبی پیش‌سیناپسی، پیامی دریافت می‌کنه که اطلاعاتی برای انتقال داره، و بعد، وزیکول سیناپسی داخل این سلول – که میشه تصورش کرد یه سطل کوچیکه پر از مواد انتقال‌دهنده‌ی عصبی مملو از اطلاعات – به فضای سیناپسی رها میشه.

برای این کار، وزیکول سیناپسی باید به غشای سلول عصبی پیش‌سیناپسی بچسبه و محتویاتش رو تو سیناپس خالی کنه؛ جایی که این محتویات به گیرنده‌های خاصی تو سلول عصبی پس‌سیناپسی تحویل داده میشن. به این ترتیب، مواد انتقال‌دهنده‌ی عصبی، یه پیام رو به سلول عصبی جدید می‌رسونن. این روند فقط یه میلی‌ثانیه طول می‌کشه، میلیون‌ها بار تو روز تکرار میشه و باید بی‌نقص باشه. اما هنوز همه‌ی مراحل و اجزایی که این روند رو ممکن می‌کنن، خوب شناخته شده نیستن – و اینجاست که کاریشما باسنه، نویسنده‌ی اصلی این مطالعه و پژوهشگر ارشد تو UMass Amherst وارد عمل میشه.

باسنه می‌گه: «من روی یه پروتئین خاص به اسم SNAP-25 کار می‌کنم. بدون SNAP-25، مجموعه‌ی SNARE که مسئول هدایت وزیکول سیناپسی به نقاط مناسب تو سلول‌های عصبی پیش‌سیناپسیه، درست کار نمی‌کنه.» SNAP-25 یه پروتئین «بی‌نظم» شناخته میشه؛ یعنی ساختارش ثبات نداره. این پروتئین می‌تونه شکل‌های مختلفی به خودش بگیره و با پروتئین‌های دیگه تو کارهای مختلف همکاری کنه.

نقش Hsc70 تو عملکرد SNAP-25

این انعطاف‌پذیری برای عملکرد درست مجموعه‌ی SNARE خیلی مهمه، اما می‌تونه یه نقطه‌ضعف هم باشه: SNAP-25 ممکنه حواسش پرت بشه و از وظیفه‌ش که کمک به عملکرد سلول‌های عصبیه، دور بشه. برای فهمیدن این‌که چرا SNAP-25 به ندرت حواسش پرت میشه و معمولاً میلیون‌ها بار تو روز، وظیفه‌ش رو به‌درستی و بی‌عیب‌ونقص انجام میده، ب‌هاسن با لیلا جیراش، استاد برجسته‌ی بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی و شیمی تو دانشگاه UMass Amherst و نویسنده‌ی ارشد مقاله، همکاری کرد. جیراش یکی از برجسته‌ترین متخصصان تو زمینه‌ی پروتئین‌های رگه‌های کمکی هست؛ پروتئین‌های خاصی که وظیفه‌شون اینه که مطمئن بشن بقیه‌ی پروتئین‌ها حواسشون پرت نشه و وظایفشون رو درست انجام بدن. به‌خصوص، جیراش مدت‌هاست که تحقیقاتش رو روی رگه‌ی کمکی معروف به Hsc70 متمرکز کرده.

بهاسن و جیراش، به همراه آنتونیا باگوییان-مالن، دانشجوی کارشناسی دانشگاه UMass Amherst و اوجنیا ام. کلریکو، استاد پژوهشی بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی تو دانشگاه UMass Amherst، به این نتیجه رسیدن که آیا Hsc70، که به طور مداوم تو بدن ما وجود داره و مسئول طیف وسیعی از کارهای رگه‌ی‌ کمکیه، می‌تونه به SNAP-25 کمک کنه تا وظیفه‌ش رو انجام بده؟ شواهدی از کارهای قبلی سریگانگا چاندرا از دانشگاه ییل وجود داشت که نشون می‌داد این احتمال وجود داره، اما کل داستان به طور کامل بررسی نشده بود.

بهاسن و همکاراش برای کشف نقش Hsc70، یه سری آزمایش طراحی کردن که نشون داد، اول این‌که، تو حضور Hsc70 و یه رگه‌ی کمکی کمکی به اسم CSPa، SNAP-25 به حالت مناسب برای همکاری با بقیه‌ی پروتئین‌ها برای تشکیل مجموعه‌ی SNARE می‌رسه و تو همون حالت می‌مونه – که این باعث میشه انتقال پیام عصبی ممکن بشه. تیم، بررسی‌های عمیق‌تری انجام داد و دید که Hsc70 نه فقط تو تشکیل SNARE کمک می‌کنه، بلکه واقعاً با SNAP-25 ترکیب میشه و یه مجموعه‌ی پروتئینی تشکیل میده. این مجموعه، SNAP-25 رو تو فرم مناسب برای SNARE نگه می‌داره.

تیم برای مشخص کردن محل دقیق اتصال Hsc70 به SNAP-25 و تشکیل مجموعه‌ی پروتئینی، یه سری تغییرات رو تو پروتئین‌ها اعمال کرد تا معلوم بشه از بین 206 جای احتمالی که این دو می‌تونن به هم وصل بشن، فقط سه جا ویژگی‌های درست رو دارن. از بین این سه تا، فقط دو جا به نظر می‌رسه که واقعاً تو روند اتصال نقش دارن. به طور کلی، این یعنی هر حرکت انگشت شما، هر فکر، و هر ضربان قلب، به طور اساسی به Hsc70 بستگی داره که دو هدف پروتئینی خاص رو روی SNAP-25 شناسایی کنه و به این ترتیب کمک کنه که مجموعه‌ی SNARE، وظیفه‌ش رو تو انتقال اطلاعات از یه سلول عصبی به سلول عصبی دیگه به درستی انجام بده. و همه‌ی اینا باید تقریباً فوری، میلیون‌ها بار تو روز، به مدت ده‌ها سال اتفاق بیفته.

جیراش می‌گه: «SNAP-25 باید دقیقاً درست باشه تا SNARE کار کنه» و معلوم میشه که SNAP-25 به Hsc70، کارگر سخت‌کوش بدن ما، وابسته است. این کار با حمایت مؤسسات ملی بهداشت و مرکز ویژگی‌های بیوفیزیکی تو مؤسسه علوم زندگی کاربردی دانشگاه UMass Amherst انجام شده.