اكتشاف كبير حول أدمغة الثدييات يفاجئ الباحثين

ملخص: V-ATPase ، وهو إنزيم حيوي يتيح النقل العصبي ، قادر على التشغيل والإيقاف بشكل عشوائي ، حتى مع أخذ فترات راحة طويلة.

مصدر: جامعة كوبنهاغن

في اختراق جديد لفهم المزيد عن دماغ الثدييات ، توصل باحثو جامعة كوبنهاغن إلى اكتشاف مذهل. وبالتحديد ، فإن الإنزيم الحيوي الذي يمكّن إشارات الدماغ يتم تشغيله وإيقافه بشكل عشوائي ، حتى أنه يأخذ “فترات راحة من العمل” لمدة ساعات.

قد يكون لهذه النتائج تأثير كبير على فهمنا للدماغ وتطور الأدوية.

اليوم ، الاكتشاف على غلاف طبيعة سجية.

الملايين من الخلايا العصبية تراسل بعضها البعض باستمرار لتشكيل الأفكار والذكريات ودعنا نحرك أجسادنا حسب الرغبة. عندما يلتقي اثنان من الخلايا العصبية لتبادل رسالة ، يتم نقل النواقل العصبية من خلية عصبية إلى أخرى بمساعدة إنزيم فريد.

هذه العملية ضرورية للتواصل العصبي وبقاء جميع الكائنات الحية المعقدة. حتى الآن ، اعتقد الباحثون في جميع أنحاء العالم أن هذه الإنزيمات كانت نشطة في جميع الأوقات لنقل الإشارات الأساسية باستمرار. لكن هذا أبعد ما يكون عن القضية.

باستخدام طريقة مبتكرة ، قام باحثون من قسم الكيمياء بجامعة كوبنهاغن بدراسة الإنزيم عن كثب واكتشفوا أن نشاطه يتم تشغيله وإيقافه على فترات عشوائية ، وهو ما يتعارض مع فهمنا السابق.

هذه هي المرة الأولى التي يدرس فيها أي شخص أنزيمات دماغ الثدييات جزيء واحد في كل مرة ، ونحن نشعر بالذهول من النتيجة. خلافًا للاعتقاد الشائع ، وعلى عكس العديد من البروتينات الأخرى ، يمكن أن تتوقف هذه الإنزيمات عن العمل لدقائق إلى ساعات. ومع ذلك ، فإن أدمغة البشر والثدييات الأخرى قادرة بأعجوبة على العمل ، “كما يقول البروفيسور ديميتريوس ستامو ، الذي قاد الدراسة من مركز الأنظمة الخلوية الهندسية في قسم الكيمياء بجامعة كوبنهاغن.

حتى الآن ، تم إجراء مثل هذه الدراسات باستخدام إنزيمات مستقرة جدًا من البكتيريا. باستخدام الطريقة الجديدة ، حقق الباحثون لأول مرة في إنزيمات الثدييات المعزولة من أدمغة الفئران.

اليوم ، تم نشر الدراسة في طبيعة سجية.

قد يكون للتبديل الإنزيمي آثار بعيدة المدى على التواصل العصبي

تتواصل الخلايا العصبية باستخدام الناقلات العصبية. لنقل الرسائل بين اثنين من الخلايا العصبية ، يتم ضخ الناقلات العصبية أولاً في المثانة الغشائية الصغيرة (تسمى الحويصلات المشبكية). تعمل المثانة كحاويات تخزن النواقل العصبية وتطلقها بين العصبونين فقط عندما يحين وقت تسليم الرسالة.

الإنزيم المركزي لهذه الدراسة ، المعروف باسم V-ATPase ، مسؤول عن توفير الطاقة لمضخات الناقل العصبي في هذه الحاويات. بدونها ، لن يتم ضخ الناقلات العصبية في الحاويات ، ولن تتمكن الحاويات من نقل الرسائل بين الخلايا العصبية.

لكن الدراسة توضح أنه في كل وعاء يوجد إنزيم واحد فقط. عندما يتوقف هذا الإنزيم ، لن يكون هناك المزيد من الطاقة لدفع تحميل الناقلات العصبية في الحاويات. هذا اكتشاف جديد تمامًا وغير متوقع.

“يكاد يكون من غير المفهوم أن العملية الحرجة للغاية لتحميل الناقلات العصبية في الحاويات يتم تفويضها لجزيء واحد فقط لكل حاوية. يقول البروفيسور ديميتريوس ستامو: “خاصة عندما نجد أن 40٪ من الوقت تتوقف هذه الجزيئات عن العمل”.

تثير هذه النتائج العديد من الأسئلة المثيرة للاهتمام:

هل يعني إغلاق مصدر الطاقة للحاويات أن العديد منها خالي بالفعل من النواقل العصبية؟ هل سيؤثر جزء كبير من الحاويات الفارغة بشكل كبير على الاتصال بين الخلايا العصبية؟ إذا كان الأمر كذلك ، فهل ستكون هذه “مشكلة” طورت الخلايا العصبية للالتفاف عليها ، أم يمكن أن تكون طريقة جديدة تمامًا لتشفير المعلومات المهمة في الدماغ؟ وحده الوقت سيخبرنا “.

طريقة ثورية لفحص الأدوية من أجل V-ATPase

يعد إنزيم V-ATPase هدفًا دوائيًا مهمًا لأنه يلعب أدوارًا مهمة في السرطان ، ونقائل السرطان ، والعديد من الأمراض الأخرى التي تهدد الحياة. وبالتالي ، فإن V-ATPase هو هدف مربح لتطوير الأدوية المضادة للسرطان.

تعتمد الاختبارات الحالية لفحص الأدوية من أجل V-ATPase على حساب متوسط ​​الإشارة في وقت واحد من مليارات الإنزيمات. إن معرفة متوسط ​​تأثير الدواء كافٍ طالما أن الإنزيم يعمل باستمرار في الوقت المناسب أو عندما تعمل الإنزيمات معًا بأعداد كبيرة.

“ومع ذلك ، نحن نعلم الآن أن أيا منهما ليس صحيحًا بالضرورة بالنسبة لقاعدة V-ATPase. ونتيجة لذلك ، أصبح من المهم فجأة أن يكون لدينا طرق لقياس سلوك V-ATPases الفردية من أجل فهم وتحسين التأثير المطلوب للدواء “، كما يقول المؤلف الأول للمقال الدكتور إيليتريوس كوزميديس ، قسم الكيمياء ، جامعة كوبنهاغن ، الذي قاد التجارب في المختبر.

الطريقة التي تم تطويرها هنا هي الأولى على الإطلاق التي يمكنها قياس تأثيرات الأدوية على ضخ البروتون لجزيئات V-ATPase الفردية. يمكنه اكتشاف تيارات أصغر بمليون مرة من طريقة مشبك التصحيح القياسي الذهبي.

حقائق عن إنزيم V-ATPase:

أنظر أيضا

• إن قواعد V-ATPases عبارة عن إنزيمات تعمل على تكسير جزيئات ATP لضخ البروتونات عبر الأغشية الخلوية.
• توجد في جميع الخلايا وهي ضرورية للتحكم في درجة الحموضة / الحموضة داخل الخلايا و / أو خارجها.
• في الخلايا العصبية ، يوفر التدرج البروتوني الذي أنشأته V-ATPases الطاقة لتحميل الرسائل الكيميائية العصبية المسماة بالناقلات العصبية في حويصلات متشابكة لإطلاقها لاحقًا في الوصلات المشبكية.

حول هذا أخبار أبحاث علم الأعصاب

مؤلف: المكتب الصحفي
مصدر: جامعة كوبنهاغن
اتصال: المكتب الصحفي – جامعة كوبنهاغن
صورة: الصورة في المجال العام

البحث الأصلي: وصول مغلق.
“تنظيم V-ATPase في دماغ الثدييات من خلال تبديل وضع الموجات فوق البنفسجيةبقلم ديميتريوس ستامو وآخرون. طبيعة سجية

الملخص

تنظيم V-ATPase في دماغ الثدييات من خلال تبديل وضع الموجات فوق البنفسجية

إنزيمات الأدينوزين ثلاثية الفوسفات من النوع الفراغي (V-ATPases) عبارة عن أنزيمات ميكانيكية دوارة كهربية مرتبطة هيكليًا بتركيبات ATP من النوع F. إنهم يحللون ATP لإنشاء تدرجات بروتونية كهروكيميائية لعدد كبير من العمليات الخلوية.

في الخلايا العصبية ، يتم تنشيط تحميل جميع الناقلات العصبية في الحويصلات المشبكية بحوالي جزيء V-ATPase واحد لكل حويصلة متشابكة. لإلقاء الضوء على هذه العملية البيولوجية الحسنة النية أحادية الجزيء ، قمنا بالتحقيق في ضخ البروتون الكهربية بواسطة قواعد V-ATPASE للثدييات في الدماغ في حويصلات متشابكة واحدة.

نوضح هنا أن V-ATPases لا تضخ بشكل مستمر في الوقت المناسب ، كما هو مقترح من خلال مراقبة دوران المتماثلات البكتيرية وافتراض اقتران ATP مع البروتون الصارم.

وبدلاً من ذلك ، قاموا بالتبديل عشوائياً بين ثلاثة أوضاع طويلة العمر: ضخ البروتون ، وعدم النشاط ، وتسريب البروتون. بشكل ملحوظ ، كشفت المراقبة المباشرة للضخ أن التركيزات ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية لـ ATP لا تنظم معدل الضخ الداخلي.

ينظم ATP نشاط V-ATPase من خلال احتمال تبديل وضع ضخ البروتون. على النقيض من ذلك ، تنظم التدرجات الكهروكيميائية للبروتونات معدل الضخ وتبديل أوضاع الضخ وغير النشطة.

النتيجة المباشرة لتبديل الوضع هي التقلبات العشوائية الكل أو لا شيء في التدرج الكهروكيميائي للحويصلات المشبكية التي من المتوقع أن تقدم العشوائية في التحميل النشط الثانوي الذي يحركه البروتون للناقلات العصبية وبالتالي قد يكون لها آثار مهمة على النقل العصبي.

يكشف هذا العمل عن الأهمية الميكانيكية والبيولوجية لتبديل وضع الموجات فوق البنفسجية ويؤكد عليها.