قصة عن البروتين الذي لا يشعر بالجهد الكهربائي
تتلقى المستقبلات الحسية في أجسامنا المحفزات من البيئة بانتظام. وتتحول هذه المحفزات إلى معلومات (إشارات) تنتقل عبر الخلايا العصبية إلى مناطق مختلفة من الدماغ، حيث يتم استقبالها في محطات وسيطة ومعالجتها وفي النهاية تبديدها أو تخزينها، حسب محتواها ودرجة أهميتها. الخلايا العصبية قادرة على التواصل مع بعضها البعض من خلال المشابك العصبية (منطقة الالتقاء بين الخلية العصبية والخلية المستهدفة، حيث تمر المعلومات العصبية). يتم التعبير عن مرونة الدماغ (أو باسمها الآخر: اللدونة العصبية) في قدرة الخلايا العصبية على تكوين اتصالات جديدة مع بعضها البعض، وبالتالي، من بين أمور أخرى، للتأثير على السلوك.
ويبحث الدكتور موشيه فيرنز من مختبر الدوائر العصبية والإدراك الشمي في جامعة تل أبيب وفريقه، في ذبابة الفاكهة "دروسوفيلا"، كيف يقوم الدماغ بتشفير المعلومات التي تصل إليه من الحواس، وترجمتها إلى سلوك. أي كيف يتلقى المدخلات (التحفيز الحسي) وينتج المخرجات (الاستجابة).
يقول الدكتور فرانس: "يتفاعل دماغنا مع البيئة المتغيرة ونريد أن نفهم كيف يفعل ذلك من خلال الجهاز الشمي". "لدينا 400 نوع من خلايا الإدخال في الأنف - ونحاول أن نفهم كيف يؤدي تنشيطها إلى تشفير المعلومات في الدماغ ويؤدي إلى سلوك معين."
في هذه الأثناء، يقوم الدكتور فرانس وفريقه بالبحث عن المستقبلات المقترنة بالبروتين G - البروتينات التي يؤدي تنشيطها إلى سلسلة من التفاعلات الكيميائية داخل الخلية (مسار نقل الإشارة). هذه البروتينات شائعة جدًا في الدماغ وتشارك في كل نشاط دماغي تقريبًا (مثل التعلم والذاكرة). في الماضي اكتشف البروفيسور حنا فارنيس والبروفيسور يتسحاق فارنيس (والدا الباحث) أن هذه المستقبلات يمكنها استشعار الجهد الكهربائي في الخلايا. لكن حتى الآن لم يكن معروفا ما إذا كانت التغيرات التي تطرأ عليها، مثل القضاء على قدرتها على استشعار الجهد الكهربائي، تؤثر على الدماغ والسلوك.
للإجابة على هذا السؤال، قرر الدكتور فرانس وفريقه التركيز على مستقبل واحد من عائلة المستقبلات المقترنة بالبروتين G (وتسمى النوع المسكاريني A). يوجد بالفعل الكثير من المعلومات حول هذا المستقبل في الأدبيات العلمية، ومن بين أمور أخرى، موقع مستشعر الجهد الخاص به وكيف يمكن تغييره معروف. وقام الباحثون بتغيير التسلسل الجيني للذباب باستخدام نظام تحرير الجينات (تقنية كريسبر)، بحيث لا يتمكن المستقبل المسكاريني من استشعار الجهد الكهربائي في الخلايا العصبية في الدماغ، ثم قاموا بفحص مدى تأثير ذلك على وظيفة الذباب وسلوكه. هذا، مقارنة بالذباب الذي لم يخضع لأي تلاعب (المجموعة الضابطة).
إن الخلايا العصبية التي تم فيها إلغاء مستشعر الجهد للمستقبل المسكاريني هي التي تشارك في عملية التعود على الرائحة - وهي العملية التي تنخفض فيها شدة الاستجابة للرائحة بعد التعرض المستمر لها، مما يدل على مرونة الدماغ الطبيعية . لذلك، على سبيل المثال، بعد دقائق قليلة من دخول غرفة ذات رائحة طيبة أو سيئة، نتوقف عن شمها.
واكتشف الباحثون أن القضاء على مستشعر الجهد للمستقبل المسكاريني، وكذلك القضاء على استشعار الجهد الكهربائي داخل الخلية، يؤدي إلى القضاء على المرونة الدماغية لدى الذباب؛ يقول البروفيسور فرانس: "لقد وجدنا أن المستقبل المسكاريني يشارك بشكل كبير في تقوية الاتصال بين الخلايا في الدماغ". "هذه مشاركة أكثر أهمية بكثير مما كنا نعتقد؛ عندما قمنا بتعطيل مستشعره، فشل الاتصال بين الخلايا العصبية في التعزيز. عادةً، عندما تكون الخلية A نشطة، تكون الخلية B أكثر نشاطًا. "لكننا الآن رأينا أن الخلية B لا تغير نشاطها، والباقي يظل ثابتًا"، يوضح الدكتور فارنيس.
وفي التجارب السلوكية للذباب، والتي فازت بمنحة بحثية من مؤسسة العلوم الوطنية، اكتشف الباحثون أن نتيجة القضاء على مرونة الدماغ هي تدمير عملية التعود على الرائحة؛ لقد وضعوا الذباب في خلايا خاصة حيث تتدفق الرائحة من ناحية والهواء من ناحية أخرى. هناك 20 خلية في كل خلية ذبابة واحدة. لقد غمروا الخلايا برائحة نفاذة لمدة نصف ساعة ولاحظوا أن ذباب الاختبار يبتعد عنها بانتظام (أي أنهم لم يعتادوا عليها). هذا، مقارنة بذباب النقد الذي توقف بسرعة كبيرة عن الابتعاد عنه (أي أنهم اعتادوا عليه). وفي هذه المرحلة، قام العلماء بقياس الوقت الذي يقضيه الذباب على جانب منطقة الرائحة وعلى جانب الهواء، وبذلك فكوا مدى تدمير عملية التعود على الرائحة.
يقول الدكتور فرانس: "هذه النتائج تغير تصورنا للمستقبلات المقترنة بالبروتين G". "حتى اليوم، لم يتم الاهتمام بتأثير الجهد الكهربائي على وظائفهم وعواقبه على مرونة الدماغ وسلوكه. وتشارك هذه المستقبلات في العديد من أنظمة وأمراض الدماغ، وقد اكتشفنا الآن آلية التحكم فيها والتي يمكننا محاولة استهدافها بالعلاج الدوائي. ولهذا السبب نواصل اختبار المزيد منها، بالإضافة إلى المستقبل المسكاريني. ومن المحتمل جدًا أن يكون اعتمادها على الجهد الكهربائي مهمًا في الأنظمة الأخرى وليس فقط في الجهاز الشمي".
الحياة نفسها:
د. موشيه فارنيس، 47 سنة، متزوج وله ثلاثة أبناء (10، 15، 18 عاما) ويسكن في تل أبيب.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
