العلاقة بين الجهد الكهربائي ولدونة الدماغ

وجدت دراسة جديدة أجرتها جامعة تل أبيب، لأول مرة، وجود علاقة مباشرة وواضحة بين التغيرات في مستقبلات البروتين G المقترنة وقدرة الدماغ على التعود على التغيرات الخارجية

وجدت دراسة جديدة أجرتها جامعة تل أبيب، لأول مرة، وجود علاقة مباشرة وواضحة بين التغيرات في المستقبلات المقترنة بالبروتين G وقدرة الدماغ على التعود على التغيرات الخارجية. الدراسة، التي نشرت مؤخرا في مجلة Nature Communications، أجراها الدكتور موشيه بارنز وفريقه من كلية الطب ساكلر وكلية سيغول لعلم الأعصاب في جامعة تل أبيب.

يحتوي دماغنا على كمية كبيرة جدًا من المستقبلات المقترنة بالبروتين G (GPCR). يؤدي تنشيط هذه البروتينات إلى سلسلة من التفاعلات الكيميائية داخل الخلية. وهي شائعة جدًا في الدماغ وتشارك في كل نشاط دماغي تقريبًا، مثل التعلم والذاكرة. الخلايا العصبية التي تكون فيها GPCRs شائعة، تعاني من تغيرات في جهدها الكهربائي. قبل 20 عامًا، تم اكتشاف مفاجئ أن أجهزة GPCRs تعتمد على الجهد، مما يعني أنها تستشعر التغيرات في الجهد الكهربائي للخلايا العصبية وتغير وظيفتها اعتمادًا على الجهد. ومع ذلك، حتى اليوم لم يكن من الواضح ما إذا كان الاعتماد على الإجهاد لبروتينات GPCR له أهمية فسيولوجية تؤثر على نشاط الدماغ وإدراكنا وسلوكنا. في الواقع، كانت العقلية العلمية هي أن هذا الاعتماد على الإجهاد ليس له أهمية فسيولوجية.

قام الدكتور فرانس وفريقه بالتحقيق، باستخدام النظام الشمي لذبابة الفاكهة، فيما إذا كان اعتماد الـ GPCRs على الإجهاد مهمًا لوظيفة الدماغ. ولتحقيق هذه الغاية، قرر الباحثون التركيز على مستقبل واحد من عائلة المستقبلات المقترنة بالبروتين G (المسمى "النوع A المسكاريني"). ويشارك هذا البروتين، من بين أمور أخرى، في التعود على الرائحة، وهي عملية تنخفض فيها قوة رد الفعل على الرائحة بعد التعرض المستمر لها. بفضل هذه الآلية، بعد دقائق قليلة من دخول الغرفة ذات الرائحة المميزة، تتوقف عن شمها.

يوضح الدكتور فرانس: "إن الخلايا العصبية قادرة على التواصل مع بعضها البعض، ويتم التعبير عن مرونة الدماغ في قدرة الخلايا العصبية على إنشاء اتصالات جديدة مع بعضها البعض وتغيير الاتصالات الموجودة - وبالتالي التأثير على السلوك. ويشارك البروتين المسكاريني من النوع A في تقوية الاتصال بين الخلايا العصبية، وتقوية هذا الاتصال تجعل الذباب يعتاد على الرائحة ويشير إلى مرونة الدماغ الطبيعية.

وخلال الدراسة نجح الباحثون عن طريق التحرير الجيني في تحييد مستشعر الجهد للبروتين المسكاريني من النوع A وبالتالي التخلص من اعتماده على الجهد الكهربائي للخلية العصبية. واكتشف الباحثون من خلال الأساليب الجزيئية والوراثية والفسيولوجية أن إلغاء مستشعر التوتر يسبب في الواقع مرونة دماغية غير منضبطة، وبالتالي عملية اعتياد على رائحة مفرطة وغير منضبطة. يضيف الدكتور فرانس: "لقد وجدنا أن المستقبل المعني يشارك بشكل كبير في تقوية الاتصال بين الخلايا في الدماغ، أكثر بكثير مما كنا نعتقد. عندما قمنا بتعطيل مستشعر الجهد الخاص به، أصبح الاتصال بين الخلايا العصبية قويًا بشكل مفرط.

وفقا للدكتور فرانس، "هذه النتائج تغير تصورنا للمستقبلات المقترنة بالبروتين G. حتى الآن، لم يتم إيلاء أي اهتمام لتأثير الجهد الكهربائي على وظيفتها وعواقبه على مرونة الدماغ وسلوكه. وتشارك هذه المستقبلات في العديد من أنظمة الدماغ والأمراض، وقد اكتشفنا الآن آلية التحكم التي يمكننا أن نحاول بناء العلاج الدوائي عليها. وبعد ذلك، نواصل التحقيق في مستقبلات إضافية. ومن المرجح أن اعتمادها على الجهد الكهربائي مهم في الأنظمة الأخرى وليس فقط في الجهاز الشمي".

تجدر الإشارة إلى أن هذه الدراسة التي أجراها الدكتور فارنيس هي استمرار للبحث الذي أجراه والديه البروفيسور حنا فرنيس والراحل البروفيسور يتسحاق فارنيس منذ حوالي عقدين من الزمن. وكانوا أول من اكتشف أن مستقبلات GPCR يمكنها استشعار الجهد الكهربائي في الخلايا، لكن أبحاثهم ظلت على مستوى البروتين فقط. ينتقل البحث الحالي الذي أجراه الدكتور فرانس وفريقه إلى المرحلة التالية، وهو ربط الجزيئات والدماغ والسلوك ويظهر لأول مرة أن القضاء على قدرتها على استشعار الجهد الكهربائي يؤثر على نشاط الدماغ وقدرتنا على التكيف مع البيئة بشكل الطريقة المثلى.

لماذاالسيد العلمي

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• حقنة من الأدرينالين للعلوم: باحثان في مجال التواصل بين الخلايا يفوزان بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2012
• الأشياء التي يعرفها يورامي: لماذا يبكون طوال الوقت؟
• كيف تستشعر الخلية بيئتها؟