به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، چه در مغز و چه در ماهیچه‌ها، هر جا که سلول‌های عصبی وجود دارد، سیناپس‌ها وجود دارند. این نقاط تماس بین نورون‌ها، اساس انتقال تحریک، ارتباط بین نورون‌ها را تشکیل می‌دهند. مانند هر فرآیند ارتباطی، یک فرستنده و یک گیرنده وجود دارد. فرآیندهای سلول عصبی به نام آکسون سیگنال‌های الکتریکی را تولید و منتقل می کنند و در نتیجه به‌عنوان فرستنده سیگنال عمل می‌کنند. سیناپس‌ها نقاط تماس بین پایانه‌های عصبی آکسون (پیش سیناپس) و نورون‌های پس سیناپسی هستند. در این سیناپس‌ها، تکانه الکتریکی به پیام رسان‌های شیمیایی تبدیل می شود که توسط پس سیناپس‌های نورون مجاور دریافت و حس می شود. این پیام‌رسان‌ها از کیسه‌های غشایی خاصی به نام وزیکول سیناپسی آزاد می شوند. سیناپس‌ها علاوه بر انتقال اطلاعات، می‌توانند اطلاعات را نیز ذخیره کنند. در حالی که ساختار و عملکرد سیناپس‌ها نسبتاً به خوبی شناخته شده است، اطلاعات کمی در مورد نحوه تشکیل آنها وجود دارد.  سیناپس‌ها رابط‌هایی برای تبادل اطلاعات بین نورون‌ها هستند.  در یک سیناپس، غشای پلاسمایی نورون عبور دهنده سیگنال (نرون پیش سیناپسی) با غشای سلول هدف (پس سیناپسی) قرار می‌گیرد. هر دو مکان پیش سیناپسی و پس سیناپسی حاوی آرایه‌های گسترده‌ای از ماشین آلات مولکولی هستند که دو غشاء را به یکدیگر متصل کرده و فرآیند سیگنال دهی را انجام می‌دهند. در بسیاری از سیناپس‌ها، قسمت پیش سیناپسی روی یک آکسون و قسمت پس سیناپسی روی یک دندریت یا سوما قرار دارد. آستروسیت‌ها همچنین با نورون‌های سیناپسی مبادله کرده و به فعالیت سیناپسی پاسخ می‌دهند و به نوبه خود انتقال عصبی را تنظیم می کنند. سیناپس‌ها (حداقل سیناپس‌های شیمیایی) توسط مولکول‌های چسبنده سیناپسی (SAM) که از نورون‌های پیش و پس از سیناپسی بیرون می‌آیند و در جایی که همپوشانی دارند به هم می‌چسبند، تثبیت می‌شوند.  SAM‌ها همچنین ممکن است به تولید و عملکرد سیناپس ها کمک کنند. تا به امروز، محققان درک نسبتا خوبی از نحوه ارتباط نورون‌ها دارند. محور اصلی این انتقال اطلاعات، انتشار انتقال‌دهنده‌های عصبی در سیناپس‌های شیمیایی است. در سیناپس‌ها، پیش سیناپس‌های ارسال‌کننده سیگنال با پس سیناپس‌ها روبرو می‌شوند که سیگنال‌های شیمیایی را تشخیص می‌دهند و آنها را ارسال می‌کنند. انتشار انتقال دهنده‌های عصبی در پیش سیناپس‌ها به ساختارهای حباب مانندی به نام وزیکول‌های سیناپسی ذخیره‌سازی نیاز دارد. پروتئین‌های داربست باید در زمان و مکان مناسب برای اطمینان از آزادسازی مناسب فرستنده وجود داشته باشند. تا به حال، مشخص نبود که چگونه اجزای وزیکول سیناپسی و پروتئین‌های داربست به اتصالات‌سلولی سیناپسی می‌رسند. علاوه بر این، مشخص نبود که پروتئین‌ها و وزیکول‌های داربست از کدام بلوک‌های ساختمانی سلولی ساخته می‌شوند. تیمی از محققان آلمانی در برلین اکنون این راز را روشن کرده اند. دانشمندانی از دانشگاه Charité-Universitätsmedizin، مرکز پزشکی مولکولی ماکس دلبروک (MDC) و دانشگاه‌های لایپزیگ، شیکاگو و شفیلد نیز به این کار قابل توجه کمک کردند.

پروتئین فلورسنت توسعه وزیکول‌های سیناپسی را نشان می دهد

برای پیگیری شکل‌گیری پیش سیناپس‌ها از ابتدا، محققان از قیچی ژن CRISPR برای وارد کردن پروتئین فلورسنت به سلول‌های بنیادی انسانی و تولید نورون‌ها از سلول‌های بنیادی اصلاح‌شده استفاده کردند. به لطف نشانگر فلورسنت، محققان اکنون قادر به مشاهده رشد وزیکول‌های سیناپسی در حال رشد در سلول‌های عصبی انسان زنده هستند که مستقیماً زیر میکروسکوپ هستند. وزیکول‌های سیناپسی وزیکول‌های غشایی هستند که حاوی پیام رسان‌ها هستند و در هر سیناپس ذخیره می‌شوند تا سیگنال‌های الکتریکی را به سیگنال‌های شیمیایی تبدیل کنند. این وزیکول‌ها همراه با پروتئین‌های داربستی که به وزیکول‌های سیناپسی معروف هستند، نشان می‌دهد محل سیناپس کجاست و کانال‌های کلسیمی که سیگنال الکتریکی را به صورت شیمیایی ترجمه می‌کنند، عناصر مرکزی پیش سیناپس را تشکیل می‌دهند. هر سه جزء دارای ژن‌های خاص خود هستند و بنابراین از مولکول2های پروتئینی متفاوتی ساخته شده اند. به همین دلیل، قبلاً تصور می‌شد که آنها مسیرهای مختلفی را نیز طی می‌کنند تا در نهایت در یک مکان گرد هم آیند و یک سیناپس عملکردی را تشکیل دهند.

همه اجزا با هم حرکت می‌کنند

با این حال، مشاهدات محققان مخالف این فرضیه است. پروفسور دکتر ولکر هاوک، رهبر گروه تحقیقاتی، با تشریح این یافته شگفت‌انگیز، عنوان کرد: پروتئین‌های وزیکول سیناپسی و پروتئین‌های به‌اصطلاح منطقه فعال و احتمالاً پروتئین‌های چسبنده که سیناپس‌ها را کنار هم نگه می‌دارند، یک مسیر مشترک دارند. این بسیار بحث برانگیز بود. با این حال داده‌های محققان در سلول‌های عصبی انسان بطور جامع، کاملاً واضح به نظر می رسد. اما دقیقاً چگونه پروتئین‌ها به محل تشکیل سیناپس می رسند به عنوان پرسشی مطرح است. محققان در مطالعه خود توانستند برای یک موضوع نشان دهند که ماشینی از پروتئین‌های حرکتی، انتقال آکسون را تامین می‌کند. طبق یافته‌های آن‌ها، محرک اصلی یک کینزین است که به نام KIF1A شناخته می‌شود. این پروتئین حرکتی بیشتر به دلیل ارتباطش با اختلالات عصبی در سیستم عصبی محیطی و مغز شناخته شده است. سرپرست این تیم تحقیقاتی توضیح می‌دهد: «ما گمان می‌کنیم که جهش‌های KIF1A با انتقال آکسونی پروتئین‌های پیش سیناپسی تداخل پیدا می‌کند و منجر به علائم عصبی مانند اختلالات حرکتی، آتاکسی یا ناتوانی ذهنی می‌شود. علاوه بر این، محققان همچنین توانستند هویت سلولی-بیولوژیکی حامل های آکسونی را تعیین کنند. این امر به شگفتی دیگری منجر شد: در حالی که اکثریت قریب به اتفاق وزیکول‌های ترشحی از دستگاه گلژی منشاء می‌گیرند، وزیکول‌های انتقال آکسون حاوی نشانگرهای گلژی نیستند، اما نشانگرهای مشترکی با سیستم اندولیزوزومی دارند که معمولاً در تخریب پروتئین‌های معیوب نقش دارند. در سلول‌های غیر عصبی این ترکیبی جدید از نور و میکروسکوپ الکترونی با وضوح بالا بود که به محققان اجازه داد تا وزیکول‌های انتقال آکسون را به صورت فراساختاری مشاهده کنند و آنها را قادر به توصیف اندازه و شکل آنها کند.

کشف اندامک‌های انتقالی که فقط در نورون‌ها وجود دارند

دکتر سیلا ریزالار، محقق فوق دکتری در FMP و نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح داد که کار آن‌ها نشان می‌دهد که نورون‌ها نوع جدیدی از اندامک‌ها را اختراع کرده‌اند، اندامک انتقالی که ممکن است منحصر به نورون‌ها باشد. این به اندازه مسیر حمل و نقل مشترک شناخته شده بود. یافته‌های جدید تحقیقات پایه می‌تواند روزی برای کاربردهای بالینی مفید باشد. از این گذشته، هنگامی که نقاط تماس بین نورون‌ها، چه به دلیل بیماری، تصادف یا فرآیند پیری از بین می‌رود، مهم است که مکانیسم انتقال آکسون و پروتئین‌های کلیدی درگیر را برای مداخله درمانی درک کنیم. محققان افزودند، در حالت ایده‌آل، بازیابی یا تقویت انتقال آکسونی برای ترویج بازسازی نورون‌ها یا مقابله با پیری امکان‌پذیر خواهد بود. اگرچه محققان اکنون مکانیسم کلیدی تشکیل سیناپس را کشف کرده‌اند، اما بسیاری از سؤالات بی‌پاسخ مانده‌اند، مانند چگونگی تشکیل اندامک‌های حمل‌ونقل تازه کشف‌شده، از چه چیزی ساخته شده‌اند و چگونه محموله‌های خود یعنی مولکول‌های سیناپس را به مقصد می‌رسانند. همچنین این سوال را مطرح می‌کند که آیا شاید خاطرات مادام العمر با استفاده از همان مکانیسم انتقال آکسونی ذخیره ‌شوند که برای تشکیل سیناپس‌ها استفاده می‌شود. اینها سوالاتی هستند که محققان این مطالعه اکنون مشتاق پاسخ دادن به آنها هستند.

پایان مطلب./