علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
The uncharted molecular language of the brain
(معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا – Okinawa Institute of Science and Technology)
الخلايا العصبية أو العصبونات(1) في أدمغتنا تشبه أسلاك كهربائية، فهي مسؤولة عن استلام المعلومات من المحيط ونقل هذه المعلومات إلى بقية الجسم.
ولكي تعمل بشكل صحيح، فإنها تحتاج إلى “التواصل” مع بعضها بعض، وتقوم بهذه المهمة عبر المشابك العصبية(2) – وهي بنيويات متخصصة تعمل كوصلات بين العصبونات.
المشابك العصبية ليست فقط حلقة وصل بين العصبونات، بل تستقبل أيضًا وتعالج وتخزن وتتحكم في جميع المعلومات التي تتدفق داخل هذه الشبكة العصبية. وبالتالي، فهي مهمة بشكل أساس لكيف نقوم بوظائفنا. فأي فشل داخل نظام المشابك العصبية يؤثر في ذاكرتنا والتوجه المكاني(3)، والقدرة على التعلم واكتساب المعرفة، ومدى الانتباه [وهو المدى الزمني الذي يستطيع فيه المرء التركيز على مهمة واحدة قبل أن يتشتت انتباهه(4)].
هذا الفشل هو أيضًا السبب الجذري للعديد من أمراض الدماغ، مثل مرض الزهايمر والخرف والتوحد واضطراب نقص الانتباه وفرط الحركة ومرض باركنسون والصرع والفصام.
معرفتنا الحالية بالأساس الجزيئي للمشابك العصبية ناقصة، لكن دراسة جديدة(5)، نُشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS)، ستساعد في تغيير ذلك. وضعت هذه الدراسة حاشية مكتملة من المصادر العلمية التي وردت في البروتينات الموجودة في المشابك العصبية، والتي يمكن أن تكون نافعة في الدراسات الصحية في المستقبل، مثل المساعدة في التشخيص المبكر لأمراض الدماغ والتعرف على أهداف دوائية محددة.
“المشابك العصبية مليئة بآليات بروتينية، وفهم محتوياتها يتيح لنا الوصول إلى الكثير من المعلومات الجزيئية والوظيفية”. كما أوضح الدكتور زكريا توفيق، الباحث العلمي في وحدة الوظائف المشبكية الخلوية والجزيئية في معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا، وهو عبارة عن جامعة الدراسات العليا (OIST)، والمؤلف الرئيس لهذه الورقة. “كنا نعلم أن هناك فجوات معتبرة في معرفتنا الحالية بمجموعة بروتينات المشابك العصبية، لذلك قمنا بتطوير طريقة للبحث عن جميع البروتينات المعروفة ولكنها لم يُعثر عليها بعد. ولدهشتنا، وجدنا العديد من البروتينات الجديدة التي كانت مخفية (لم يُعثر عليها) في السابق.
“المشابك العصبية (العصبونات) مليئة بآليات البروتين [وهي تمثل صنف خاص من الأنزيمات(6)]، وفهم محتوياتها يتيح لنا الوصول إلى الكثير من المعلومات الجزيئية والوظيفية”. كما أوضح الدكتور زكريا توفيق (Zacharie Taoufiq) ، الباحث العلمي في وحدة وظائف المشابك الخلوية والجزيئية في معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا والمؤلف الرئيس لهذه الدراسة. “كنا نعلم أن هناك فجوات معتبرة في معرفتنا الحالية بمجموعة بروتينات (البررتيوميات preteome) المشابك العصبية، لذلك قمنا بتصميم طريقة للبحث عن جميع البروتينات المعروفة لكنها لم يُعثر عليها بعد. ولدهشتنا، وجدنا الكثير من مجموعة بروتينات المشابك العصبية التي كانت غير معروفة ولم يُعثر عليها سابقًا.
وبالتعاون مع باحثين من (OIST)، ومعهد ماكس بلانك للكيمياء الفيزيائية الحيوية في غوتنغن الألمانية، وجامعة دوشيشا (Doshisha) في كيوتو اليابانية، استخدمت مجموعة البحث طريقة “بروتيوميات(8)” تقليدية في هذا المجال، والتي يستخدمها الباحثون عندما يريدون التعرف على مجموعة البروتينات في الجسم. كشفت هذه الطريقة الجديدة عن العديد من التسلسلات الخفية للببتيدات، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات.
وعلى وجه الخصوص، رغبت المجموعة البحثية في أن تكون قادرة على تحديد البروتينات التي قد تشبه البروتينات الأخرى إلى حد كبير ولكن لها وظائف مختلفة تمامًا.
في عام 2006، تم التعرف على بروتين مشبكي مكون من ببتيد(9) (peptide) واحد فريد من نوعه. ولكن باستخدام الطريقة الجديدة على نفس البروتين، وجد الباحثون ببتيدات متعددة فريدة من نوعها.
وكانت النتائج مذهلة. في المجمل، المجموعة البحثية تعرفت على ما يبلغ 4439 بروتينًا مشبكيًا، وُجد 1466 منها في الحويصلات المشبكية (SV)، أي أكثر بثلاث مرات مما كان معروفًا سابقًا. قررت المجموعة البحثية إلقاء نظرة فاحصة على بروتينات الحويصلة المشبكية. وقاموا بقياسها كميًا على رسم بياني، وترتيبها ابتداءً من أكثرها وفرة إلى أقلها وفرة.
قال الدكتور توفيق: «كان هناك فرق يبلغ مليون ضعف بين الأكثر وفرة وبين الأقل وفرة». “لقد وجدنا عددًا قليلًا من أكثرها وفرة، والتي شكلت 90٪ من إجمالي كمية بروتينات الحوصلات المشبكية. ولكن كان هناك أيضًا هذا التنوع المذهل والذي يبدو أنها مجموعات فرعية من الحويصلات المشبكية. يبدو أن البروتينات المشبكية منظمة بنائيًا كما هو الحال في البناء اللغوي، بعدد قليل من الكلمات (أو البروتينات) المستخدمة بتواتر والعديد من الكلمات الأقل تواترًا ولكنها أخص وذات معنى.
وقال الدكتور توفيق: «من بين 1466 بروتينًا من بروتينات الحويصلات المشبكية (SV) وجدنا أن لها علاقة بـ 200 مرض دماغي مختلف». “ما وجدته مفاجئًا ومثيرًا للاهتمام جدًا هو أن معظم أسباب الأمراض مرتبطة بالبروتينات التي كانت أقلها وفرة والتي لم تُعرف سابقًا”.
ومن هذه الأمراض مرض الزهايمر. تبلغ نسبة فشل التجارب السريرية لعلاج مرض الزهايمر حاليًا 99.6%. ويرى الدكتور توفيق أن هذا يرجع إلى أن المرضى يعانون من أعراض قد تبدو متشابهة جدًا ولكنها في الواقع ناجمة عن خلل في بروتينات مختلفة.
“لقد أدى هذا البحث إلى فهرسة جميع البروتينات المختلفة في المشابك العصبية. ستكون هذه الفهرسة قاعدة رائعة لدراسة التنوع المناطقي (نسبة إلى مناطق الدماغ المختلفة) والتطوري للدماغ. ستكون طريقتنا البروتيومية الجديدة أيضًا أساسية في البحث عن السبب الجزيئي لمرض كل مريض. المهمة القادمة صعبة ولكنها لا بد منها”.
مصادر من داخل وخارج النص:
1- https://ar.wikipedia.org/wiki/عصبون
2- https://ar.wikipedia.org/wiki/مشبك_عصبي
3- “التوجه المكاني (spacial orientation) يشير إلى قدرة الحيوان والإنسان على ربط موضع وحركة الجسم، أو أعضاء الجسم (مثل العيون)، والأشياء (على سبيل المثال، مواد اللازمة لبناء العش والأدوات) بالقرائن المكانية”. مقتبس من نص ورد غلى هذا العنوان:
https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/spatial-orientation
4- https://ar.wikipedia.org/wiki/مدى_الانتباه
5- https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.201187011
6- https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2019.0244
7- https://ar.wikipedia.org/wiki/نقل_عصبي
8- https://ar.wikipedia.org/wiki/بروتيوميات
9- https://ar.wikipedia.org/wiki/بروتيوميات
10- https://ar.wikipedia.org/wiki/ببتيد
المصدر الرئيس:
https://www.oist.jp/news-center/news/2020/12/22/uncharted-molecular-language-brain
