به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دانشمندان دانشکده پزشکی Duke-NUS و موسسه زیست‌شناسی مکانیک (MBI) در دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) مسیر جدیدی را برای بیدار کردن سلول‌های بنیادی عصبی خفته کشف کرده‌اند که درمآن‌های بالقوه جدیدی را برای اختلالات رشد عصبی مانند اوتیسم، ناتوانی‌های یادگیری و فلج مغزی ارائه می‌کند.  

پیش زمینه

در مغز بالغ پستانداران، اکثر سلول‌های بنیادی عصبی که از سیستم عصبی منشا می‌گیرند و می‌توانند به انواع مختلف سلول‌های مغزی تبدیل شوند، تا زمانی که سیگنال‌های خاصی را دریافت کنند که آن‌ها را فعال می‌کند، خاموش می‌مانند. هنگامی‌که از خواب بیدار می‌شوند، نورون‌های جدیدی تولید می‌کنند که به ترمیم و رشد مغز کمک می‌کنند. نقص در فعال سازی سلول‌های بنیادی عصبی با کاهش شناختی مرتبط با افزایش سن و اختلالات رشد عصبی مانند میکروسفالی، وضعیتی که در آن سر نوزاد بسیار کوچکتر از حد انتظار است، مرتبط است، زیرا مغز آن به درستی رشد نکرده است. اختلالات عصبی رشدی حدود پنج درصد از کودکان و نوجوانان را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می‌دهد و منجر به اختلال در شناخت، ارتباط، رفتار انطباقی و مهارت‌های روانی حرکتی می‌شود.

درباره مطالعه

برای مطالعه این فعال‌سازی، دانشمندان به مگس سرکه یا مگس میوه روی آوردند. همانند پستانداران، سلول‌های بنیادی عصبی مگس‌های میوه تا زمانی که بیدار شوند، خاموش می مانند. یافته‌های آن‌ها که در Science Advances منتشر شد، نشان داد که نوعی از سلول‌های گلیال به نام آستروسیت‌ها، که به طور سنتی تصور می‌شد حمایت ساختاری و تغذیه‌ای را فراهم می‌کنند، برای بیدار کردن سلول‌های بنیادی عصبی خفته در مغز مگس‌های میوه مهم هستند. تیم دانشمندان با استفاده از میکروسکوپ با وضوح فوق العاده با قدرت بزرگنمایی 10 برابر، ساختارهای الیاف ریز را که نشانه سلول‌های بنیادی عصبی خفته مگس میوه هستند، بررسی کردند. این ساختارهای ظریف با قطری در حدود 1.5 میکرومتر (یا 20 برابر کوچکتر از قطر موی انسان)، برآمدگی‌هایی هستند که از بدن سلولی بیرون می آیند و سرشار از رشته‌های اکتین یا پروتئین هستند. نوع خاصی از پروتئین فرمین (Formin) می‌تواند این رشته‌ها را فعال کرده و باعث جمع شدن آن‌ها شود.

فرمین‌ها

فرمین‌ها از دو قسمت یکسان تشکیل شده‌اند که رشته اکتین را به شکل حلقه ای احاطه کرده‌اند. اکتین یک پروتئین فراوان است که شکل و حرکت تمام سلول‌های ما را کنترل می‌کند. اکتین این کار را با مونتاژ در فیبرها، یک مولکول اکتین در یک زمان انجام می‌دهد. پروتئین‌های خانواده فرمین شرکای ضروری در این فرآیند هستند، فرمین‌ها در انتهای رشته قرار دارند و زیر واحدهای جدید اکتین را جذب می‌کنند و به انتها متصل می‌شوند و با رشته در حال رشد گام برمی‌دارند. تا 15 فرمین مختلف در سلول‌های ما وجود دارد که رشد رشته‌های اکتین را با سرعت‌های مختلف و برای اهداف مختلف تحریک می‌کنند. با این حال مکانیسم دقیق عمل فرمین‌ها و مبنای سرعت‌های ذاتی متفاوت آن‌ها مبهم باقی مانده است. فرمین‌ها پروتئین‌های بسیار پویا هستند که رشته‌ها را به سرعت جمع می‌کنند و به دست آوردن انتهای رشته‌های کافی برای تعیین دقیق ساختار دشوار می‌شود. فرمین‌ها اکتین را به‌عنوان یک حلقه نامتقارن احاطه کرده‌اند، نیمی از حلقه محکم بسته شده است، در حالی که نیمی‌دیگر به‌طور آزاد به رشته متصل شده و آزاد است تا یک زیر واحد جدید را بگیرد. هنگامی‌که زیر واحد جدید اکتین وارد می‌شود، ادغام آن روی رشته آرایش فرمین را بی ثبات می‌کند و لازم است که نیم حلقه پایدار روی زیر واحد جدید قدم بگذارد و شل شود در حالی که نیم حلقه دیگر پایدار می‌شود. به لطف این مکانیسم هماهنگ، فرمین‌ها با انتهای در حال رشد یک رشته اکتین در فواصل طولانی مرتبط می مانند. دکتر لین کان یانگ، که در زمان مطالعه و اولین نویسنده در Duke-NUS محقق بود، گفت:" ما تصمیم گرفتیم در این مسیر زندگی کنیم زیرا انواع سطوح فرمین با اختلالات رشد عصبی مانند میکروسفالی در انسان مرتبط است. درک این مسیر می‌تواند بینش‌های جدیدی را برای ایجاد راه‌حل‌هایی برای درمان اختلالات عصبی-رشدی ارائه دهد."

نتایج بررسی

دانشمندان مشاهده کردند که آستروسیت‌ها نوعی پروتئین سیگنال‌دهنده به نام Folded gastrulation یا Fog آزاد می‌کنند که یک واکنش زنجیره‌ای را جرقه می‌زند که شامل فعال کردن مسیر پروتئین فرمین برای کنترل حرکت رشته‌های اکتین است. در نهایت، این فرآیندها سلول‌های بنیادی عصبی را از حالت خفته خود خارج می‌کند. سپس آن‌ها شروع به تقسیم می‌کنند و نورون‌های جدیدی ایجاد می‌کنند که به ترمیم و رشد مغز کمک می‌کنند. پروتئین گیرنده‌ای به نام GPCR در سلول‌های بنیادی عصبی سپس به مواد ترشح شده از آستروسیت‌ها پاسخ می‌دهد و مسیر سیگنال دهی را فعال می‌کند که تشکیل رشته‌های اکتین را در سلول‌های بنیادی عصبی کنترل می‌کند. GPCR‌ها نقش عمده ای در فرآیندهای سلولی بنیادی دارند. در نتیجه، خانواده پروتئین GPCR به یک هدف دارویی اصلی برای درمان بیماری‌های مختلف انسانی تبدیل شده است، در واقع 34 درصد از داروهای مورد تأیید FDA این خانواده از پروتئین‌ها را هدف قرار می‌دهند. بنابراین، درک اینکه چگونه این مسیر سیگنالینگ فعال سازی مجدد سلول‌های بنیادی عصبی را کنترل می‌کند، ممکن است یک استراتژی بالقوه برای استفاده از داروهای موجود برای درمان اختلالات رشد عصبی ارائه دهد. پروفسور وانگ هونگیان، مدیر برنامه‌ای برنامه تحقیقاتی علوم اعصاب و اختلالات رفتاری Duke-NUS؛ و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: "یافته‌های ما دانش جدیدی را به مجموعه محدود تحقیقات در مورد مکانیسم‌های حاکم بر فعال‌سازی مجدد سلول‌های بنیادی عصبی خفته اضافه می‌کند. با کشف آستروسیت‌ها به‌عنوان یک بازیگر کلیدی در فعال‌سازی مجدد سلول‌های بنیادی عصبی، اکنون راهی جدید برای تأثیرگذاری بر رفتار سلول‌های بنیادی عصبی داریم."

نتیجه گیری

 پروفسور پاتریک تان، معاون ارشد تحقیقات در Duke-NUS، گفت:" این امر نه تنها درک اساسی ما را از چگونگی تأثیر آستروسیت‌ها بر رشد سلول‌های مغزی افزایش می‌دهد، بلکه راه‌های جدیدی را برای پیشبرد درمآن‌های اختلالات عصبی، پیری مغز و آسیب‌ها باز می‌کند" دانشمندان در حال حاضر در حال بررسی سیگنال‌های دیگری از آستروسیت‌ها هستند که ممکن است بر فعالیت سلول‌های بنیادی عصبی تأثیر بگذارد. آن‌ها همچنین قصد دارند بررسی کنند که آیا مکانیسم‌های مشابهی در رشد مغز انسان نقش دارند یا خیر. Duke-NUS با تعهد به بهبود مراقبت از بیمار از طریق اکتشافات علمی نوآورانه، پیشرو در تحقیقات و آموزش پزشکی است. این مطالعه بخشی از تلاش‌های مداوم آن برای تعمیق درک مکانیسم‌های اساسی در مغز انسان برای ایجاد رویکردهای درمانی جدید، به‌ویژه برای بیماران مبتلا به بیماری‌های عصبی است.

پایان مطلب./