طور علماء معهد وايزمان للعلوم أداة بحثية من شأنها إلقاء ضوء جديد على مسارات الاتصال بين الخلايا العصبية في الدماغ
هل سيساعدنا البعوض المزعج، الذي يرتبط غالبًا باللدغات ونقل الأمراض، على فهم أسرار الدماغ بشكل أفضل؟ البروفيسور عوفر يزهار وطور فريقه في قسم البيولوجيا العصبية بمعهد وايزمان للعلوم أداة جديدة لدراسة الرسائل المنقولة بين الخلايا العصبية في الدماغ، تعتمد على بروتين حساس للضوء مشتق من البعوض. ونشرت نتائج الدراسة اليوم في المجلة العلمية الخلايا العصبيةسيمكننا من فحص العلاقة بين مسارات الاتصال في الدماغ ومجموعة متنوعة من الحالات العصبية والنفسية بدقة غير مسبوقة، في محاولة لتطوير علاجات أكثر استهدافًا وفعالية لمجموعة متنوعة من الأمراض العصبية.
مختبر البروفيسور يزهار متخصص فيعلم البصريات الوراثي - طريقة بحث مبتكرة تسمح بـ "تشغيل" أو "إيقاف" الخلايا العصبية باستخدام الضوء. تعتمد هذه الطريقة على فئران المختبرات التي تم تعديلها وراثيا للتعبير في خلاياها العصبية عن بروتينات تسمى "الرودوبسين" - وهي جزيئات حساسة للضوء تستخدم، من بين أشياء أخرى، كمستقبلات للضوء في خلايا الشبكية في أعيننا. عندما يتم تسليط الضوء على الخلايا العصبية في هذه الفئران - بمساعدة ألياف بصرية صغيرة - تحدث تغيرات في الجهد الكهربائي لأغشية الخلايا، ونتيجة لذلك، يتم تشغيل الخلايا العصبية أو إيقاف تشغيلها.
في السنوات الأخيرة، أنتج علم البصريات الوراثي بعض الأبحاث الرائدة في المختبرات حول العالم، لكن أداء البروتينات المستخدمة حاليًا بعيد عن الكمال - خاصة عندما يتعلق الأمر بالتحكم في إطلاق الناقلات العصبية في نقاط الاشتباك العصبي - وصلات الاتصال الصغيرة بين الخلايا العصبية . وضع البروفيسور يزهار وفريق كبير من مختبره، بما في ذلك الدكتور ماتياس مان والدكتور إنبار شرف سينيك وبريتيش باتيل، لأنفسهم هدف إنشاء نوع جديد من أدوات علم البصريات الوراثي، والتي من شأنها أن تلقي ضوءًا جديدًا على التواصل بين الخلايا العصبية. .
""هذه تقنية مثيرة للغاية، لأنها ستسمح لنا بالكشف عن أدوار مسارات الاتصال المختلفة في الدماغ بطريقة لم تكن ممكنة حتى الآن"
يقول البروفيسور يزهار: "قررنا أن ننظر حولنا ونرى ما هي الحلول الموجودة في الطبيعة". اتضح أن هناك إصدارات مختلفة من جزيء رودوبسين في الطبيعة. وتعبر الأسماك والحشرات وحتى الثدييات عن هذه البروتينات ليس فقط في عيونها، ولكن في أجزاء مختلفة من الجسم - على ما يبدو كجزء من آلية تنظيم الساعة البيولوجية وربما حتى لأغراض إضافية لم يتم اكتشافها بعد. بدأ فريق البحث بقائمة طويلة من بروتينات رودوبسين المحتملة وحاول أولاً تقييم أي منها سيكون أفضل استخدامًا لدراسة مسارات الاتصال بين الخلايا العصبية. وفي النهاية، قام الباحثون بتضييق القائمة إلى اثنين - رودوبسين المشتق من سمكة أبو نفحة ورودوبسين المشتق من البعوض.
ولكن تبين أن بروتين البعوض هو الأكثر ملاءمة لاستخدامه كأداة لعلم البصريات الوراثي، لأن تنشيطه بالضوء أدى إلى إسكات النشاط في المشابك العصبية، وبالتالي مسارات الاتصال بين الخلايا العصبية في الدماغ. ولاختبار فعالية الأداة الجديدة، قام الباحثون باختبارها ضد دواء يقلل من قوة الاتصال بين الخلايا العصبية. لقد أظهروا أن تأثير الأداة الجديدة كان بنفس فعالية الدواء، ولكن في حين أن الدواء يؤثر على جميع أجزاء الدماغ بشكل عشوائي، فإن أداة علم البصريات الوراثي الجديدة سمحت لهم بالتأثير على التواصل بين خلايا عصبية معينة بطريقة مستهدفة ودقيقة. في المكان والزمان. وفي وقت لاحق، أظهر العلماء قدرات الأداة الجديدة عن طريق منع إطلاق الناقل العصبي الدوبامين على جانب واحد من الدماغ فقط في الفئران المعدلة وراثيا. أدت إضاءة الدماغ من خلال الألياف الضوئية إلى تغيير في سلوك الفئران، والذي استمر فقط أثناء تفعيل أداة علم البصريات الوراثي. وبعد دقائق قليلة من إطفاء الباحثين للضوء، عادت الفئران إلى التصرف بشكل طبيعي. وكان هذا دليلاً على أن الطريقة الجديدة تسبب تغييرات عكسية في عمل الدماغ، بحيث يمكن التحقيق في أدوار مسارات محددة تربط مناطق الدماغ المختلفة.
يقول البروفيسور يزهار: "سيسمح لنا رودوبسين البعوض بالتركيز على التواصل بين خلايا عصبية معينة". "إنها تقنية مثيرة للغاية، لأنها ستسمح لنا بالكشف عن أدوار مسارات الاتصال المختلفة في الدماغ بطريقة لم تكن ممكنة حتى الآن. ونحن نعتقد أن بروتين البعوض هذا سيمهد الطريق لتطوير عائلة كاملة من الأدوات الجينية الضوئية الجديدة لأبحاث الدماغ."
في بداية السنة اختر المجلة العلمية الطبيعة في بحث البروفيسور يزهار في علم البصريات الوراثي، يسرد "التقنيات السبع التي ستؤثر على عالم العلوم في عام 2021". يعد هذا البحث بمثابة ركيزة مهمة في المعهد الجديد لعلم الأعصاب وعلم الأعصاب - وهو مشروع رائد لمعهد وايزمان سيتم إنشاؤه باستثمار عشرات الملايين من الدولارات وسيجمع بين مجموعات بحثية رائدة في مختلف المجالات الذين سيتكاتفون في هذا المجال. البحث في أسرار الدماغ.
وشارك في الدراسة أيضًا طلاب البحث إيال بيطون، وشكد بيلاجي، وأساف جات، ود. جوليان دين، ود. يوناس فيتيك، وإيدو دافيدي، وريفكا ليفي، وآنا ليتفين من مجموعة البروفيسور يزهار.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
