نقش پروتئین معجزه‌گر در سلامت سیستم عصبی شما

نقش پروتئین‌های چپرون در انتقال سیگنال‌های عصبی

یک تیم از محققان دانشگاه ماساچوست آمهرست، نخستین گروهی است که نشان می‌دهد پروتئین‌هایی به نام چپرون‌ها در اطمینان از انتقال سیگنال‌ها بین نورون‌ها حیاتی هستند. زمانی که این فرآیند انتقال عصبی دچار اختلال می‌شود، بیماری‌های ویرانگری مانند آلزایمر و پارکینسون و دیگر بیماری‌ها ممکن است بروز کنند. تحقیقات این تیم درک جدیدی از چگونگی عملکرد بخش‌های حیاتی این فرآیند ارائه می‌دهد و به عنوان گامی به سوی درک مکانیزم‌های زیرین بیماری‌های نورودژنراتیو عمل می‌کند.

این تحقیق که به تازگی در مجله شیمی زیستی منتشر شده، نقش چپرون اصلی Hsc70 و یک شریک خاص به نام CSPa را در آماده‌سازی پروتئین پیچیده دیگری به نام SNAP-25 برای نقش حیاتی‌اش در ماشین‌آلات مسئول انتقال سیگنال‌ها بین نورون‌ها بررسی می‌کند. نورون‌ها سلول‌های تخصصی در سیستم عصبی انسان هستند و وظیفه آن‌ها انتقال سیگنال‌های الکتریکی است که اطلاعاتی را رمزگذاری می‌کند و به ما اجازه می‌دهد بخوانیم، فکر کنیم، نفس بکشیم، غذا بخوریم و به طور کلی هر کاری انجام دهیم.

در حالی که ممکن است تصور کنید نورون‌ها مانند سیم‌های الکتریکی عمل می‌کنند، این تصور نادرست است زیرا یک فاصله کوچک به نام سیناپس هر نورون را از شریکش جدا می‌کند. نحوه عبور یک سیگنال الکتریکی از این فاصله سیناپسی هنوز به طور کامل درک نشده است، اما به نظر می‌رسد فرآیند اصلی به این شکل باشد: یک نورون پیش‌سیناپسی پیامی دریافت می‌کند که اطلاعاتی برای انتقال دارد، و سپس وزیکول سیناپسی درون این نورون — که می‌توان آن را به عنوان یک سطل کوچک پر از مواد انتقال‌دهنده عصبی غنی از اطلاعات تصور کرد — به فضای سیناپسی آزاد می‌شود.

برای انجام این کار، وزیکول سیناپسی باید به غشای نورون پیش‌سیناپسی متصل شده و محتوای خود را در سیناپس تخلیه کند، جایی که به گیرنده‌های خاصی در نورون پس‌سیناپسی منتقل می‌شود. به این ترتیب، مواد انتقال‌دهنده عصبی سیگنالی را به نورون جدید منتقل می‌کنند. این فرآیند تنها یک میلی‌ثانیه طول می‌کشد، میلیون‌ها بار در روز اتفاق می‌افتد و باید دقیق باشد. اما تمام مراحل و اجزایی که این فرآیند را ممکن می‌سازند هنوز به خوبی درک نشده‌اند — و اینجاست که کاریشما باسنه، نویسنده اصلی این مطالعه و پژوهشگر ارشد در UMass Amherst، وارد عمل می‌شود.

باسنه می‌گوید: “من روی پروتئین خاصی به نام SNAP-25 کار می‌کنم. بدون SNAP-25، کمپلکس SNARE که مسئول هدایت وزیکول سیناپسی به نقاط مناسب در نورون‌های پیش‌سیناپسی است، به درستی عمل نمی‌کند.” SNAP-25 به عنوان یک پروتئین “بی‌نظم” شناخته می‌شود، به این معنی که ساختار آن ناپایدار است. این پروتئین می‌تواند اشکال مختلفی به خود بگیرد و با پروتئین‌های دیگر در انواع مختلف وظایف همکاری کند.

نقش Hsc70 در عملکرد SNAP-25

این انعطاف‌پذیری برای عملکرد صحیح کمپلکس SNARE اهمیت دارد، اما همچنین می‌تواند یک نقطه ضعف باشد: SNAP-25 ممکن است حواسش پرت شود و از وظیفه‌اش در کمک به کارکرد نورون‌ها دور شود. برای درک این‌که چرا SNAP-25 به ندرت حواسش پرت می‌شود و معمولاً میلیون‌ها بار در روز وظیفه‌اش را به‌طور بی‌نقص انجام می‌دهد، بهاسن با لیلا جیراش، استاد برجسته بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی و شیمی در دانشگاه UMass Amherst و نویسنده ارشد مقاله، همکاری کرد. جیراش یکی از برجسته‌ترین کارشناسان در زمینه پروتئین‌های چاپرون است؛ پروتئین‌های خاصی که وظیفه‌شان این است که اطمینان حاصل کنند سایر پروتئین‌ها حواسشان پرت نشود و وظایفشان را به‌درستی انجام دهند. به‌ویژه، جیراش مدت‌هاست که تحقیقاتش را بر روی چاپرون معروف به Hsc70 متمرکز کرده است.

بهاسن و جیراش، به همراه آنتونیا باگوییان-مالن، دانشجوی کارشناسی دانشگاه UMass Amherst و اوجنیا ام. کلریکو، استاد پژوهشی بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی در دانشگاه UMass Amherst، به این نتیجه رسیدند که آیا Hsc70، که به‌طور مداوم در بدن ما حضور دارد و مسئول طیف وسیعی از وظایف چاپرونی است، می‌تواند SNAP-25 را در انجام وظیفه‌اش یاری کند؟ شواهدی از کارهای قبلی سریگانگا چاندرا از دانشگاه ییل وجود داشت که نشان می‌داد این احتمال وجود دارد، اما داستان به‌طور کامل بررسی نشده بود.

برای کشف نقش Hsc70، بهاسن و همکارانش مجموعه‌ای از آزمایشات را طراحی کردند که نشان داد، اولاً، در حضور Hsc70 و یک چاپرون کمکی به نام CSPa، SNAP-25 به حالت مناسب برای همکاری با سایر پروتئین‌ها برای تشکیل کمپلکس SNARE می‌رسد و در آن باقی می‌ماند — که امکان انتقال سیگنال عصبی را فراهم می‌کند. تیم به بررسی عمیق‌تری پرداخت و مشاهده کرد که نه تنها Hsc70 در تشکیل SNARE کمک می‌کند، بلکه واقعاً با SNAP-25 ترکیب می‌شود و یک کمپلکس پروتئینی را تشکیل می‌دهد. این کمپلکس، SNAP-25 را در فرم صحیح برای SNARE نگه می‌دارد.

برای تعیین محل دقیق اتصال Hsc70 به SNAP-25 برای تشکیل کمپلکس پروتئینی، تیم مجموعه‌ای از ویرایش‌های پروتئینی را انجام داد تا مشخص کند از میان 206 محل بالقوه‌ای که این دو می‌توانند به هم متصل شوند، تنها سه محل ویژگی‌های صحیح را دارند. از میان این سه، فقط دو محل به‌نظر می‌رسد که واقعاً در فرآیند اتصال دخالت دارند. به‌طور کلی، این بدان معناست که هر حرکت انگشت شما، هر فکر، و هر تپش قلب به‌طور بنیادی به Hsc70 بستگی دارد که دو هدف پروتئینی خاص را بر روی SNAP-25 شناسایی کند و به این ترتیب کمک کند تا کمپلکس SNARE وظیفه‌اش را در انتقال اطلاعات از یک نورون به نورون دیگر به‌درستی انجام دهد. و همه این‌ها باید تقریباً به‌طور آنی، میلیون‌ها بار در روز، به مدت دهه‌ها اتفاق بیفتد.

جیراش می‌گوید: «SNAP-25 باید دقیقاً درست باشد تا SNARE کار کند» و مشخص می‌شود که SNAP-25 به Hsc70، کارگر سخت‌کوش بدن ما، وابسته است. این کار با حمایت مؤسسات ملی بهداشت و مرکز ویژگی‌های بیوفیزیکی در مؤسسه علوم زندگی کاربردی دانشگاه UMass Amherst انجام شده است.