تشكيل الأعصاب

اكتشف الدكتور أفراهام يارون وطالبة البحث مايا ماور نوف، من قسم الكيمياء البيولوجية في معهد وايزمان للعلوم، مؤخرًا عاملًا يلعب دورًا مركزيًا في تقليم الخلايا العصبية

كما هو الحال مع الأشجار التي تتبرعم في الربيع، أثناء نمو الجهاز العصبي، ترسل الخلايا العصبية فروعًا طويلة ورفيعة تسمى المحاور العصبية إلى جميع أجزاء الجسم المتنامي. ومن نظرة أخرى، من الممكن ملاحظة أن هذا الجين محفوظ جيدًا ومنظم: أثناء التطور، يتم التخلص من الخلايا العصبية الزائدة، والتي ليست ضرورية، ويتم تقليم العديد من المحاور. تعمل البستنة الدقيقة على إعادة تشكيل الجهاز العصبي أثناء تطوره ونموه. وهذا هو أحد أسرار نجاح تشغيل النظام؛ هناك أدلة على أن الاضطرابات في عملية إعادة تشكيل الجهاز العصبي تسبب اضطرابات عصبية مختلفة، مثل مرض التوحد على سبيل المثال.

اكتشف الدكتور أفراهام يارون وطالبة البحث مايا ماور نوف، من قسم الكيمياء البيولوجية في معهد وايزمان للعلوم، مؤخرًا عاملًا يلعب دورًا مركزيًا في تقليم الخلايا العصبية. يقول الدكتور يارون: "قبل أن نتمكن من فهم العمليات التي تنطوي على التطور الطبيعي أو أمراض الجهاز العصبي بشكل كامل، يجب علينا تحديد اللاعبين الرئيسيين في هذه العمليات". "حتى الآن لم يكن لدينا سوى القليل جدًا من المعلومات حول هويتهم."

تقليم المحاور العصبية ليس عملية خارجية، بل يبدأ داخل الخلايا العصبية: الهياكل الطويلة، التي تسمى الأنابيب الدقيقة، والتي تعبر المحاور على طولها، هي أول من يتحلل. تعمل الأنابيب الدقيقة كهيكل عظمي يعمل على تثبيت بنية المحور العصبي وكنظام نقل: حيث تنتقل الشحنات المتنوعة، بما في ذلك جزيئات الإشارة والمواد الأخرى، ذهابًا وإيابًا على مسار الأنابيب الدقيقة. سعى العلماء إلى اكتشاف الآليات التي تتحكم في تفكيك الأنابيب الدقيقة أثناء التقليم المحوري. أظهرت دراسة للخلايا العصبية الحسية المزروعة في المزرعة أن هناك عاملًا يسمى KIF2A يقوم بهذه المهمة. ومن المثير للاهتمام أن KIF2A هو أيضًا عضو في عائلة البروتين التي تنتقل على الأنابيب الدقيقة وتنقل حمولات مختلفة.

ومن أجل فهم أفضل للدور الذي يلعبه KIF2A في تطور الجهاز العصبي وفي تقليم المحاور العصبية، تلقى علماء المعهد فئرانًا معدلة وراثيًا من زملائهم في جامعة طوكيو، حيث تضرر جين KIF2A. في هذه الفئران، نمت المحاور بشكل طبيعي، لكن عملية التقليم تأخرت، حيث تم الاحتفاظ بالأنيبيبات الدقيقة والمحور العصبي كما هما. ونتيجة لذلك، فإن جلد الفئران - وهو هدف رئيسي لمحاور الخلايا العصبية الحسية - مليء بعدد لا يحصى من الخلايا العصبية. عززت هذه النتائج الفرضية القائلة بأن KIF2A يلعب دورًا رئيسيًا في التقليم، وبدونه لا تتم العملية.

كيف يتم التقليم؟ تشير نتائج البحث إلى أن KIF2A يتم التحكم فيه بواسطة جزيئات تعرف باسم البروتينات العصبية، والتي تلعب دور "البستاني الرئيسي". توجد البروتينات العصبية في الأنسجة المستهدفة للخلايا العصبية (كما هو الحال مثلا في حالة الخلايا العصبية الحسية التي تم اختبارها في هذه التجربة، الجلد)، ومن هناك تقوم "بسحب" المحاور نحوها، وبالتالي توجيهها نمو الخلايا العصبية في الاتجاه الصحيح ودعم بقائها. ومع ذلك، فإن كمية البروتينات العصبية محدودة، لذلك، في النهاية، تتنافس المحاور مع بعضها البعض على الإشارات التي ترسلها. عندما لا يتلقى المحور العصبي إشارة التغذية العصبية، يصبح KIF2A الموجود فيه نشطًا، ويتم تنشيط التقليم لاحقًا.

تؤدي هذه الخطوات إلى إنشاء عملية قد تبدو للوهلة الأولى عشوائية، ولكنها في الواقع تتمتع بدرجة كبيرة من النظام. وبهذه الطريقة، يتم الحفاظ على رقابة صارمة ليس فقط على كمية المحاور المسؤولة عن الترتيب الأمثل للخلايا العصبية، ولكن أيضًا على تسلسل مراحل عملية التقليم، والتي تمليها الجينات. ويضمن التقدم التدريجي والمخطط له أنه إذا لم تحدث الخطوة الأولى - تفكك الأنابيب الدقيقة - فسوف تتأخر الخطوات الأخرى.

في دراسة سابقة أجرتها مجموعة الدكتور يارون، والتي تم إجراؤها بالتعاون مع الدكتور إيلي أرما من قسم الوراثة الجزيئية، تم دراسة آلية أخرى تتحكم في إعادة تشكيل الجهاز العصبي: موت الخلايا المبرمج (موت الخلايا المبرمج). إن الجمع بين نتائج الدراستين يضع الأسس لفهم تطور الجهاز العصبي: موجة من النمو والتطور، إلى جانب التقليم والتخفيف وإزالة الأعشاب الضارة، والتي تتم بحذر. وبحسب الدكتور يارون، فإن اكتشاف نقطة التوازن بين العمليتين المتعارضتين، وفهم كيفية تحقيقها، سيجعل من الممكن الوصول إلى جذور الأمراض الناجمة عن خلل التوازن. على سبيل المثال، هناك أدلة على أن أدمغة الأشخاص المصابين بالتوحد لا يتم تقليمها بشكل كافٍ، وبالتالي خلق فائض من الاتصالات العصبية. يعتقد الدكتور يارون أن النشاط غير الطبيعي لـ KIF2A قد يكون متورطًا في هذا.