كيف يوجه الدماغ الإمدادات لبناء الذكريات؟

عندما نُكوّن ذكرى، تحتاج خلايا الدماغ إلى توصيل الإمدادات اللازمة لتقوية روابط عصبية مُحددة، وقد كشفت دراسة جديدة كيف يُوجِّه مفتاحان خلويان، Rab4 وRab10، الإمدادات إلى حيث الحاجة إليها.

نُشرت النتائج في مجلة eLife.

عندما نُكوّن ذكرى، تُقوّى روابط مُحدّدة وفعّالة للغاية بين خلايانا العصبية من خلال عملية تُسمّى التعزيز المشبكي.

يشمل هذا التعزيز تغييرات هيكلية تُوسّع الرابط فعليًا وتجعله أكثر استجابةً للرسائل الواردة.

ويتطلب إنجاز هذه المهمة عملية لوجستية معقدة داخل الخلية العصبية لتوصيل الإمدادات اللازمة لإعادة تشكيل الاتصال التعزيزي بسرعة ودقة.

مفاتيح خلوية

تنظم عائلة كبيرة من المفاتيح الخلوية، تُعرف باسم بروتينات Rab، تدفق الإمدادات في الخلايا.

وكما هو الحال مع مفاتيح السكك الحديدية، تُوجّه بروتينات Rab المختلفة الإمدادات نحو وجهة أو أخرى.

ولفحص كيفية توجيه هذه المفاتيح الخلوية للإمدادات أثناء التعزيز المشبكي، قام الباحثون بتطوير أجهزة استشعار حيوية لقياس نشاط مفاتيح Rab والإمدادات المحددة اللازمة لتقوية الاتصالات العصبية.

وقال الدكتور جيه وانج، المؤلف الرئيسي للدراسة: "تمنحنا هذه المستشعرات الحيوية فرصة لمعرفة كيفية تصرف هذه المفاتيح الجزيئية في الوقت الحقيقي، على مستوى الأشواك الفردية".

وأضاف: "من خلال فهم بروتينات Rab وكيفية تنظيمها أثناء التعزيز المشبكي، يمكننا أن نبدأ في فهم التعقيد اللوجستي المطلوب لتعزيز الروابط العصبية عندما نشكل ذاكرة".

وجد العلماء أن التغيرات في مفتاحي Rab4 وRab10 كانت حاسمة أثناء تقوية الروابط العصبية. ومع ذلك، كان المفتاحان يعملان في اتجاهين متعاكسين، فعند تنشيط Rab4، زاد من تقوية الروابط العصبية، بينما أدى تنشيط Rab10 إلى انخفاضها.

وقال الدكتور ريوهاي ياسودا، المدير العلمي لمعهد MPFI والمؤلف الرئيسي: "تشير نتائجنا إلى أنه أثناء اللدونة المشبكية ، لدينا عملية لوجستية محلية ومنسقة لتشغيل Rab4 بسرعة لزيادة توصيل الإمدادات إلى سطح الاتصال المتنامي وفي نفس الوقت إيقاف تشغيل مفتاح Rab10 الذي قد يوجه الإمدادات بعيدًا عن السطح ونحو التخلص منها".

لاختبار هذه الفكرة مباشرةً، تتبع العلماء عملية توصيل مستقبلات النواقل العصبية ، وهي مصدر أساسي لتقوية الروابط العصبية.

تستقبل هذه المستقبلات المعلومات المرسلة من الخلايا العصبية المتصلة. كلما زاد عدد المستقبلات، زادت سهولة استقبال الرسالة.

وجد الفريق أنه عند تنشيط Rab4، توجَّه عدد أكبر من المستقبلات إلى الوصلة العصبية.

في المقابل، وجّه تنشيط Rab10 هذه المستقبلات بعيدًا عن الوصلة.

قدرة مرضى الزهايمر على الصمود

تكشف هذه الاكتشافات عن الدور الحاسم لمفاتيح خلايا Rab في تقوية الروابط أثناء تكوين الذاكرة. ولأن المتغيرات الجينية في Rab10 مرتبطة أيضًا بتوفير المرونة ضد مرض الزهايمر، فقد يشير هذا العمل إلى استراتيجيات جديدة لحماية الذاكرة في الحالات العصبية التنكسية.

وقال الدكتور ياسودا: "أنا متحمس بشأن الإمكانات التي تتمتع بها الأدوات والنتائج التي توصل إليها هذا المشروع، وخاصة بالنسبة لـ Rab10، لتطوير الدراسات المتعلقة بقدرة مرضى الزهايمر على التكيف و Rab10 كهدف علاجي محتمل".

وأضاف: "وعلاوة على ذلك، قمنا بإنشاء مكتبة من الأدوات التي ستساعدنا، والعلماء الآخرين، على دراسة العمليات اللوجستية المعقدة الضرورية لجميع الوظائف الخلوية".

كما تُوجِّه مفاتيح السكك الحديدية قطارات الشحن إلى المسار الصحيح، يُوجِّه أكثر من 60 بروتين راب مختلفًا الشحنات الخلوية. يُشارك مختبر ياسودا هذه المستشعرات الحيوية لتزويد العلماء بطريقة لمشاهدة العمليات اللوجستية الخلوية أثناء عملها.