دانشمندان پردیس تحقیقاتی درHHMI جانلیا نوع جدیدی از سیناپس را در مژک ریز روی سطح نورون ها کشف کرده اند.
به گزارش تک ناک، مژک های اولیه دارای برجستگی هایی هستند که معمولاً نادیده گرفته می شوند.آنها حاوی اتصالات ویژه ای هستند و به عنوان میانبر برای ارسال سریع سیگنال ها و مستقیماً به هسته سلول عمل می کنند و موجب ایجاد تغییراتی در کروماتین سلول میشوند که کروموزوم ها را تشکیل می دهد.
دیوید کلافام، رهبر ارشد گروه جانلیا، که تیمش رهبری تحقیق منتشر شده در مجله Cell را بر عهده داشت، میگوید: این سیناپس ویژه نشاندهنده راهی برای تغییر در هسته است که رونویسی یا ساخته میشود و کل برنامهها را تغییر میدهد. او می افزاید که اثرات در سلول فقط کوتاه مدت نیستند، برخی نیز می توانند بلند مدت باشند. این مانند یک لنگرگاه جدید روی یک سلول است که دسترسی سریع به تغییرات کروماتین را میدهد و این نکته بسیار مهمی است زیرا کروماتین بسیاری از مشخصههای سلول را تغییر می دهد.سیناپس ها به عنوان رابط بین آکسون یک نورون و دندریت نورون های دیگر به خوبی شناخته شده اند، اما هرگز به عنوان رابط بین آکسون نورون و مژک اولیه مشاهده نشده اند. میکروسکوپهای با وضوح بالا و ابزارهای نوآورانه جانلیا، محققان را قادر ساخت تا به عمق سلول و مژکها نگاه کنند و سیناپس و آبشار سیگنالدهی داخل سلول و تغییرات هسته را مشاهده کنند.کشف سیناپس مژگانی می تواند به دانشمندان در درک بهتر نحوه انتقال تغییرات طولانی مدت در سلول ها کمک کند. کلافام میگوید مژکها که از داخل سلول، نزدیک هسته، به بیرون گسترش مییابند، میتوانند راهی سریعتر و انتخابی بهتر برای سلولها برای انجام این تغییرات طولانیمدت فراهم کنند.کلافام میگوید: «همه این مسایل در مورد مشاهدات اخیر بود و جانلیا به ما این امکان را میدهد که طوری ببینیم که قبلاً نمیتوانستیم ببینیم. این مساله فرصتهای زیادی در اختیار ما قرار میدهد که فکرش را نمیکردیم.»
تصویربرداری از مژکها
تقریباً هر سلول در بدن ما دارای یک مژک اولیه است که احتمالاً اثری از اجداد تک سلولی ما است. هنگام تشخیص سیگنالهای جهشی توسط گیرندهها، مژک ها نقش مهمی در تقسیم سلولی در طول رشد بازی می کنند. برخی از مژکها، مانند آنهایی که در ریههای ما یا دم روی اسپرم قرار دارند، عملکردهای مهمی در مراحل بعدی زندگی بر عهده دارند.
با این حال، مشخص نیست که چرا سلولهای دیگر بدن ما، از جمله نورونها، این برجستگی مو مانند، در ابعاد باکتری را تا بلوغ حفظ کردهاند. دانشمندان تا حد زیادی این مژک ها را نادیده گرفته بودند، زیرا دیدن آنها با تکنیک های تصویربرداری سنتی دشوار بود. اما اخیراً ابزارهای تصویربرداری بهتر باعث علاقه به این زائده های کوچک شده است.
شو سین شیو، دانشمند ارشد در جانلیا و اولین نویسنده پژوهش اخیر، اعتراف می کند که، با وجود اینکه به عنوان یک عصب شناس و آسیب شناس عصبی تحصیلکرده است، او فقط در مورد مژکها به عنوان اجزای روی نورونها در مقط فوق دکترا در آزمایشگاه Clapham یاد گرفته است. شیو که کنجکاو شده بود، تصمیم گرفت نگاهی بهتر به اندامک موجود در بافت مغز بیندازد تا ببیند چه چیزی ممکن است بیاموزد.
شئو از تخصص خود در میکروسکوپ الکترونی اسکن پرتو یونی متمرکز یا FIB-SEM استفاده کرد تا به خوبی به مژک ها نگاه کند. میکروسکوپ پرقدرت به تیم اجازه داد تا ببیند که یک ارتباط یا سیناپس بین آکسون نورون و مژک بیرون زده خارج از بدن سلولی وجود دارد. ویژگیهای ساختاری این اتصالات شبیه آنهایی است که در سیناپسهای شناخته شده یافت میشوند، و باعث میشوند که این اتصالات را سیناپس «آکسون-سیلیوم» یا سیناپس «آکسو-سیلیاری» بنامند.
سپس، این تیم حسگرهای زیستی و ابزارهای شیمیایی جدیدی را برای مطالعه عملکرد این ساختار تازه کشف شده توسعه دادند. محققان همچنین از یک روش تصویربرداری نوظهور تصویربرداری طول عمر فلورسانس (FLIM) برای اندازهگیری بهتر رویدادهای بیوشیمیایی داخل مژک استفاده کردند. شیو میگوید: “من FLIM را در طول همهگیری کووید آموختم تا بتوانم برخی از چالشهای فنی را برطرف کنم. معلوم شد که این روش یک تغییر دهنده بازی است.”
با استفاده از این ابزارها، تیم توانست گام به گام نشان دهد که چگونه انتقال دهنده عصبی سروتونین از آکسون بر روی گیرنده های مژک آزاد می شود. این باعث ایجاد یک آبشار سیگنالی می شود که ساختار کروماتین را باز میکند و اجازه می دهد تا مواد ژنومی در هسته سلول تغییر کنند. شیو می گوید: «عملکرد چیزی است که ساختارهای ساکن را زنده می کند. هنگامی که ما در مورد یافته های ساختاری مطمئن شدیم، به طور عمیق به ویژگی های عملکردی آن نگاه کردیم.
شیو می گوید که فلسفه تحقیق کنجکاوی محور HHMI این کشف را ممکن کرد، که ممکن است در یک محیط تحقیقاتی سنتی امکان پذیر نباشد. این نمونه خوبی است از اینکه چگونه میتوانیم مشاهدات را به اکتشافات تبدیل کنیم.»
تغییرات طولانی مدت
به گفته محققان، از آنجایی که سیگنالهای ارسال شده از طریق سیناپس مژگانی تغییراتی را در مواد ژنومی در هسته ایجاد میکنند، احتمالاً مسئول تغییرات طولانیمدت در نورونها نسبت به سیگنالهای ارسال شده از آکسونها به دندریتها هستند. این تغییرات بسته به پروتئینهایی که کروماتین کدگذاری میکند، میتواند از ساعتها تا روزها تا سالها ادامه داشته باشد.پژوهش جدید به طور خاص گیرنده های سروتونین را مورد بررسی قرار داد، یک انتقال دهنده عصبی گسترده در مغز که نقش مهمی در هوشیاری، حافظه و ترس دارد. حداقل هفت تا 10 گیرنده دیگر روی مژک برای انتقال دهنده های عصبی مختلف وجود دارد که اکنون باید بررسی شوند. مژک روی سلول های دیگر فراتر از مغز، مانند کبد و کلیه، نیز شایسته نگاه دقیق تر است.
در نهایت، درک بهتر نقش این سیناپسها و گیرندههای مژگانی میتواند به دانشمندان کمک کند تا داروهای انتخابی بیشتری تولید کنند. داروهایی که ناقلین سروتونین را هدف قرار داده و برای درمان افسردگی استفاده میشوند، در حالی که سروتونین همچنین با چرخه خواب و بیداری ما نیز مرتبط است.کلافام می گوید: «هر چیزی که در مورد زیست شناسی می آموزیم ممکن است برای مردم مفید باشد تا زندگی بهتری داشته باشند. اگر بتوانید بفهمید که زیستشناسی چگونه کار میکند، میتوانید مسائل را اصلاح کنید.
