کشف جدید: پروتئین‌های حیاتی که مغزت رو فعال نگه می‌دارن!

نقش پروتئین‌های همراه در انتقال پیام‌های عصبی

یه گروه از محققای دانشگاه ماساچوست آمهرست، برای اولین بار نشون دادن که پروتئین‌هایی به اسم “پروتئین‌های همراه” توی انتقال درست پیام‌ها بین نورون‌ها نقش اساسی دارن. وقتی این انتقال عصبی دچار مشکل بشه، بیماری‌های خطرناکی مثل آلزایمر و پارکینسون و کلی مشکل دیگه ممکنه پیش بیاد. تحقیقات این گروه، یه دیدگاه تازه از نحوه کارکرد قسمت‌های مهم این فرایند ارائه می‌ده و یه قدم به سمت فهم مکانیسم‌های زیربنایی بیماری‌های عصبی‌ـزایی هستش.

این تحقیق که اخیراً توی مجله‌ی شیمی زیستی منتشر شده، نقش پروتئین همراه اصلی، Hsc70، و یه دستیار ویژه‌ به اسم CSPa رو توی آماده‌سازی پروتئین پیچیده‌ی دیگه‌ای به اسم SNAP-25 بررسی می‌کنه؛ پروتئینی که نقش مهمی توی دستگاهی داره که مسئول انتقال پیام‌ها بین نوروناست. نورون‌ها، سلول‌های متخصص توی سیستم عصبی انسان هستن و وظیفه‌شون انتقال پیام‌های الکتریکیه که اطلاعات رو کد می‌کنن و به ما اجازه می‌دن بخونیم، فکر کنیم، نفس بکشیم، غذا بخوریم و در واقع هر کاری انجام بدیم.

شاید این‌طور به نظر بیاد که نورون‌ها مثل سیم عمل می‌کنن، ولی این درست نیست، چون یه فاصله‌ی کوچیک به اسم سیناپس هر نورون رو از همکارش جدا می‌کنه. هنوز نمی‌دونیم یه پیام الکتریکی چطوری از این فاصله‌ی سیناپسی عبور می‌کنه، ولی به نظر می‌رسه یه فرآیند پایه‌ای این شکلیه: یه نورون پیش‌سیناپسی پیامی دریافت می‌کنه که اطلاعاتی برای انتقال داره، و بعد وزیکول سیناپسی درون این نورون — که می‌شه مثل یه سطل کوچیک پر از مواد انتقال‌دهنده اطلاعات تصورش کرد — به داخل فاصله‌ی سیناپسی آزاد می‌شه.

برای این کار، وزیکول سیناپسی باید به غشای نورون پیش‌سیناپسی وصل بشه و محتویاتش رو توی سیناپس خالی کنه؛ جایی که به سمت گیرنده‌های خاصی توی نورون پس‌سیناپسی حرکت می‌کنه. به این ترتیب، مواد انتقال‌دهنده، یه پیام رو به نورون جدید منتقل می‌کنن. کل این فرایند فقط یه میلی‌ثانیه طول می‌کشه و میلیون‌ها بار در روز اتفاق می‌افته — و باید بی‌نقص باشه. ولی هنوز تمام مراحل و اجزای لازم برای انجام این کار به‌خوبی درک نشدن — و اینجاست که کاریشما باسن، نویسنده اصلی این تحقیق و محقق ارشد در UMass Amherst، وارد عمل می‌شه.

باسن می‌گه: «من روی یه پروتئین خاص به اسم SNAP-25 کار می‌کنم. بدون SNAP-25، کمپلکس SNARE که مسئول هدایت وزیکول سیناپسی به نقاط اتصال درست توی نورون‌های پیش‌سیناپسیه، دچار اختلال می‌شه.» SNAP-25 به عنوان یه پروتئین “نامنظم” شناخته می‌شه، یعنی ساختارش پایداری نداره. این پروتئین می‌تونه شکل‌های مختلفی به خودش بگیره و با خیلی از پروتئین‌های دیگه توی کارهای مختلفی همکاری کنه.

نقش Hsc70 توی عملکرد SNAP-25 و تشکیل کمپلکس SNARE

این انعطاف‌پذیری برای عملکرد کمپلکس SNARE خیلی مهمه، ولی می‌تونه یه نقطه‌ضعف هم باشه: SNAP-25 ممکنه حواسش پرت بشه و از وظیفه‌اش توی کمک به کارکرد نورون‌ها دور بمونه. برای فهمیدن این‌که چرا SNAP-25 به‌ندرت حواسش پرت می‌شه و معمولاً میلیون‌ها بار در روز وظیفه‌اش رو درست انجام می‌ده، بهاسن با لیلا جیراش، استاد برجسته بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی و شیمی توی دانشگاه UMass Amherst و نویسنده ارشد مقاله، همکاری کرد. جیراش یکی از پیشروها توی زمینه پروتئین‌های “همراه” هست: پروتئین‌های خاصی که وظیفه‌شون این‌ه که مطمئن بشن پروتئین‌های دیگه درست کار می‌کنن. به‌خصوص، جیراش مدت‌هاست که تحقیقاتش رو روی پروتئین همراه معروف به Hsc70 متمرکز کرده.

بهاسن و جیراش، همراه با آنتونیا باگوییان-مالن، دانشجوی کارشناسی دانشگاه UMass Amherst و اوجنیا ام. کلریکو، استاد پژوهش بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی توی دانشگاه UMass Amherst، به این فکر افتادن که آیا Hsc70 که توی بدن ما همیشه وجود داره و مسئول انجام کارهای متنوع همراهی‌ـه، می‌تونه SNAP-25 رو توی انجام وظیفه‌اش یاری کنه؟ مدارکی از کارهای قبلی سریگانگا چاندرا توی دانشگاه ییل وجود داشت که نشون می‌داد این احتمال هست، ولی داستان به‌طور کامل بررسی نشده بود.

برای کشف نقش Hsc70، باسن و همکاراشون یه سری آزمایش طراحی کردن که اول نشون داد توی حضور Hsc70 و یه پروتئین همراه کمکی به اسم CSPa، SNAP-25 به وضعیت مناسبی می‌رسه که می‌تونه با بقیه‌ی پروتئین‌ها همکاری کنه تا کمپلکس SNARE رو تشکیل بده؛ کمپلکسی که امکان انتقال عصبی رو فراهم می‌کنه. تیم، تحقیقات عمیق‌تری انجام داد و متوجه شد که نه‌تنها Hsc70 توی تشکیل SNARE کمک می‌کنه، بلکه واقعاً با SNAP-25 ترکیب می‌شه و یه کمپلکس پروتئینی تشکیل می‌ده. این کمپلکسه که SNAP-25 رو توی فرم درست برای SNARE نگه می‌داره.

برای این‌که دقیقاً مشخص کنن Hsc70 کجا با SNAP-25 پیوند می‌خوره تا کمپلکس پروتئینی رو تشکیل بده، تیم یه سری تغییرات توی پروتئین‌ها ایجاد کرد تا مشخص بشه از بین 206 جای احتمالی که این دو می‌تونن به هم بچسبن، فقط سه تا جایگاه ویژگی‌های درست رو دارن. از این سه جایگاه، فقط دو تا به نظر می‌رسه که واقعاً توی فرآیند پیوند دخیل هستن. به‌طور کلی، این یعنی هر حرکت انگشت شما، هر فکری و هر تپش قلب، توی سطح بنیادیش، به Hsc70 بستگی داره که دو هدف پروتئینی خاص رو روی SNAP-25 درست شناسایی کنه و به این ترتیب به اطمینان از عملکرد کمپلکس SNARE توی انتقال اطلاعات از یه نورون به نورون دیگه کمک کنه. و همه‌ی این‌ها باید تقریباً فوراً، میلیون‌ها بار در روز، برای ده‌ها سال ادامه داشته باشه.

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