اكتشاف جديد لدعم تكوين الذاكرة.. إليكم التفاصيل

عند تجربة أشياء جديدة، يتم إعادة تشكيل بنية ووظيفة الخلايا العصبية لدينا واتصالاتها بسرعة، هذه العملية، المعروفة باسم اللدونة التشابكية، ضرورية بالنسبة لنا للتعلم والتكيف.

ومع ذلك، فإن هذه التغييرات تتطلب الكثير من الطاقة، وفقا لما تم نشره في موقع ميديكال إكسبريس.

لحسن الحظ، فإن الخلايا العصبية لدينا تتكيف بشكل جيد لدعم هذه التغييرات.

يتم تثبيت البطاريات البيولوجية المعروفة باسم الميتوكوندريا بشكل استراتيجي بالقرب من مواقع إعادة تشكيل التشابك العصبي لضمان إمدادات الطاقة المحلية والفعالة.

ومع ذلك، لا يُعرف كيفية تثبيت الميتوكوندريا بالقرب من المشابك العصبية.

تثبيت الميتوكوندريا بالقرب من المشابك العصبية

حدد فريق من العلماء في معهد ماكس بلانك فلوريدا لعلم الأعصاب مرساة جزيئية تسمى VAP (البروتين المرتبط بالبروتين الغشائي المرتبط بالحويصلة) والتي تعمل على تثبيت الميتوكوندريا بالقرب من المشابك العصبية لدعم مشاريع إعادة التشكيل هذه.

تحديد VAP باعتباره مرساة جزيئية له أهمية خاصة لأن طفرة في VAP تؤدي إلى ALS (التصلب الجانبي الضموري)، وهو مرض تنكس الخلايا العصبية الحركية التقدمي.

هذا الاكتشاف، الذي نُشر في مجلة Nature Communications، لا يلقي الضوء على كيفية تشغيل الذكريات فحسب، بل يفتح اتجاهات بحثية جديدة في علم أمراض التصلب الجانبي الضموري.

تصف الدكتورة فيديا رانجاراجو، العالمة الرئيسية في العمل، ورئيسة مجموعة أبحاث معهد ماكس بلانك فلوريدا، الآثار المترتبة على ذلك قائلة: «بينما بدأنا هذه الدراسة لفهم الخصائص الأساسية لكيفية تشغيل الذكريات، فإن النتائج التي توصلنا إليها تفتح اتجاهات جديدة مهمة لأبحاثنا، سوف نحقق في الآليات الخلوية للأعراض المعرفية التي غالبًا ما تحدث مع الأعراض الحركية في مرض التصلب الجانبي الضموري ولكن لم تتم دراستها بشكل كبير، ونحن نعتقد أن الأدوات والأساليب التي أنشأناها ستبدأ في تسليط الضوء على هذا المجال».

الميتوكوندريا المستقرة تدعم مرونة المشابك العصبية

تتمتع الخلايا العصبية بتشكيل واسع ومعقد ويتم إعادة تشكيلها باستمرار، ومن أجل دعم هذه التغييرات بقوة، يتم تثبيت الميتوكوندريا محليًا بالقرب من المشابك العصبية.

يسمح هذا التثبيت المحلي للطاقة التي تنتجها الميتوكوندريا بتشغيل التغييرات الهيكلية والوظيفية المحلية بكفاءة في المشابك العصبية أثناء تكوين الذاكرة.

ومع ذلك، فإن هذا الاستقرار هو سمة فريدة من نوعها للتشعبات العصبية، وفق ما اوضحه أوجاسي بابات، المؤلف الأول للدراسة، الذي قال: «في المحاور العصبية، حيث تمت دراسة الميتوكوندريا في المقام الأول، فهي متحركة للغاية، كنا مهتمين بفهم كيفية استقرار الميتوكوندريا في التشعبات وماذا يعني ذلك بالنسبة لللدونة».

البحث عن مرساة جزيئية

ولمعالجة هذه الفجوة المعرفية، اتخذ الفريق نهجًا غير متحيز لتحديد البروتينات التي قد تكون بمثابة مرساة لتحقيق الاستقرار في الميتوكوندريا الجذعية.

استخدم الفريق أداة كيميائية وراثية تحدد كيميائيًا جميع البروتينات الموجودة بالقرب من الغلاف الخارجي للميتوكوندريا، ثم استفادوا من البروتينات المتقدمة لتحديد هوية البروتينات المميزة.

حددت هذه الشاشة أكثر من 100 بروتين قد تكون مسؤولة عن تثبيت الميتوكوندريا.

ولتضييق نطاق بحثهم، اختاروا البروتينات لقدرتها على التفاعل مع الهيكل الخلوي للأكتين، الهيكل الخلوي للأكتين عبارة عن شبكة من خيوط البروتين المتمركزة بالقرب من المشابك العصبية في التشعبات التي تساعد على تحديد وإعادة تشكيل البنية التشابكية.

وقد أظهر العمل السابق للدكتور رانجاراجو وآخرين أن استقرار الميتوكوندريا في التشعبات يعتمد على الأكتين، فقط عدد قليل من البروتينات المرشحة التي تم تحديدها في البداية يمكنها الارتباط بالأكتين.

ولتحديد ما إذا كانت هذه البروتينات ضرورية لتحقيق استقرار الميتوكوندريا، قام الباحثون بإزالتها وراثيًا واحدًا تلو الآخر من الخلايا العصبية، ونظروا في استقرار الميتوكوندريا في التشعبات، ما وجدوه كان مذهلًا.

اكتشف الفريق أنه عندما قاموا بإزالة بروتين معين، يُسمى VAP، انخفض تفاعل الميتوكوندريا مع الأكتين، بالإضافة إلى ذلك، كانت الميتوكوندريا الجذعية أقصر وزعزعة الاستقرار.

بدون VAP لتثبيت الميتوكوندريا عن طريق ربطها بالهيكل الخلوي للأكتين، انجرفت الميتوكوندريا بعيدًا عن المشابك العصبية بمرور الوقت.

أخيرًا، قام الباحثون بالتحقيق فيما إذا كان عدم استقرار الميتوكوندريا الناجم عن إزالة VAP قد أثر على اللدونة التشابكية، وإعادة التشكيل الهيكلي والوظيفي للمشابك العصبية أثناء تكوين الذاكرة.

لاختبار هذا السؤال، حث الفريق على إعادة التشكيل في مجموعة من المشابك العصبية وقارن التغييرات الهيكلية بالخلايا العصبية التي تفتقر إلى VAP.

وفي الخلايا العصبية التي تمت إزالة VAP منها، كانت عملية إعادة التشكيل ضعيفة بشكل كبير.

لا يمكن الحفاظ على التغييرات المستحثة في بنية المشابك العصبية في غياب VAP.

يؤدي الارتباط بـ ALS إلى اتجاهات بحثية جديدة

إن اكتشاف أن VAP بمثابة مرساة للميتوكوندريا ويدعم تكوين الذاكرة له أهمية خاصة. تؤدي طفرة واحدة في VAP إلى ظهور شكل عائلي من مرض التصلب الجانبي الضموري (ALS)، وهو مرض تنكس الخلايا العصبية الحركية التدريجي المميت.

بالرغم من أن VAP يرتبط بهذا السبب العائلي المحدد والنادر للمرض، إلا أن الاكتشاف يشير إلى أن استقرار الميتوكوندريا والدعم النشط لللدونة هما مسارات خلوية رئيسية قد تساهم في أمراض المرض.

وقال الدكتور رانجاراجو: «حقيقة أن شاشتنا غير المتحيزة لربط الميتوكوندريا بالهيكل الخلوي حددت بروتينًا مرتبطًا بمرض التنكس العصبي تشير إلى أن استقرار الميتوكوندريا هو عنصر حاسم في وظيفة الخلايا العصبية وصحتها».

وأضاف: «نحن متحمسون لتوسيع نطاق تركيزنا البحثي لفهم ما يحدث في الدماغ عندما يتعطل توافر طاقة الميتوكوندريا، ونعتقد أن هذا التركيز لديه القدرة على إيجاد آليات مشتركة للتنكس العصبي في مرض التصلب الجانبي الضموري بالإضافة إلى الاضطرابات العصبية الأخرى».