البستاني المخصص

يحاول علماء معهد وايزمان حل لغز إعادة تشكيل خلايا الدماغ

إن الدماغ الجنيني النامي يشبه إلى حد كبير البستان المتنامي. تنمو الخلايا العصبية المتنامية فروعًا متفرعة، ولكن بمرور الوقت، كما لو كان ذلك بواسطة بستاني غير مرئي، يتم "تشذيب" الفروع غير الضرورية، ويتم حذف العديد من الروابط بين الخلايا العصبية. بعد ذلك، تنمو بعض الخلايا فروعًا جديدة، والتي تربط الدماغ البالغ بدقة لا تصدق.
تمت دراسة عملية "التقليم" الرائعة هذه، والتي تعتبر ضرورية لتحديد شكل ووظيفة الدماغ البالغ، في مختبر الدكتور أورين شولدينر، الذي انضم مؤخرًا إلى قسم البيولوجيا الجزيئية للخلية في معهد وايزمان للعلوم. يهدف الدكتور شولدينر إلى اكتشاف الآليات الجزيئية التي تتحكم في تصميم "المنظر الطبيعي" للخلايا العصبية (الخلايا العصبية): ما هي العمليات والجزيئات التي تتسبب في تفكك واختفاء أجزاء من المحاور العصبية - الامتدادات الطويلة للخلايا العصبية ؟ كيف يعرف المحور العصبي بالضبط عند أي نقطة يبدأ التفكيك؟ كيف يبدأ المحور العصبي في النمو مرة أخرى؟ وما الأدوار التي تلعبها الخلايا المختلفة في الدماغ في هذه العمليات؟ الطريقة التي يشكل بها الدماغ نفسه،
من خلال التقليم، قد يبدو الإسراف للوهلة الأولى. لكن عددًا لا بأس به من العلماء يعتقدون أن النمو غير المقيد للمحاور العصبية يلعب دورًا مركزيًا في التطور الجنيني. من الممكن، على سبيل المثال، أنه من الأسهل زراعة العديد من الفروع - مما يضمن إنشاء فائض من الاتصالات بين الخلايا، بما يتجاوز تلك الضرورية لتنشيط الدماغ - ثم قطع الاتصالات غير الضرورية وتصميم دوائر الدماغ اللازمة لنشاطه بدقة. نشاط.

البديل المحتمل لهذه الآلية هو بناء دوائر دقيقة منذ البداية، وهي عملية تتطلب آليات تحكم معقدة للغاية. وفي كلتا الحالتين، من الواضح أن التقليم المحوري يمثل قصة نجاح تطورية. ولذلك فهو موجود في مجموعة واسعة من الكائنات الحية، من الديدان إلى الثدييات، ومن المحتمل جدًا أن يكون موجودًا أيضًا في البشر، ويدرس الدكتور شولدينر عملية التقليم المحوري في ذباب الفاكهة، والتي تُعرف بأنها نموذج مناسب لـ الدراسات الوراثية التنموية. بالإضافة إلى حجمها المناسب وقصر مدة نشوءها، تعد ذباب الفاكهة مفيدة بشكل خاص في دراسة عمليات إعادة التشكيل في الجهاز العصبي بفضل التغيرات الكبيرة التي تمر بها في حياتها - من اليرقة إلى الشرنقة ومن الشرنقة إلى الذبابة البالغة - والتي تنطوي على عمليات مهمة تشذيب وإعادة تشكيل الدماغ.

في بحث ما بعد الدكتوراه الذي أجراه مع مجموعة البروفيسور ليكون لوه من جامعة ستانفورد، طور الدكتور شولدينر طريقة تعمل على تسريع المسح الجيني لذباب الفاكهة بشكل كبير. تم تصميم فحوصات هذا النوع لمعرفة دور جين معين عن طريق إحداث طفرة في الجين، والتحقق من نتائج الطفرة. في الخطوة التالية، رسم العلماء موقع الجين الذي تم اختباره في الجينوم. لدراسة العمليات في تطور الجهاز العصبي، استخدم الدكتور شولدينر طريقة فريدة طورها البروفيسور لو، تسمى MARCM، والتي تسمح بإنشاء طفرات في الخلايا العصبية الفردية وفحص عملية "التقليم" في الدماغ بأكمله. طور الدكتور شولدينر طريقة تسمح بالتوليد العشوائي للطفرات التي تتكيف مع MARCM ويمكن رسم خرائط لها بسرعة.

وهكذا تم اختصار عملية رسم خرائط حديقة ذبابة الفاكهة، والتي كانت تستغرق حتى ذلك الحين حوالي عام، إلى يومين فقط. وبهذه الوسائل، أنتج الدكتور شولدينر وشركاؤه في البحث حوالي 2,500 نوع من الذباب الطافر. توفر قاعدة البيانات هذه، التي تغطي حوالي خمس جينوم الذبابة، أداة بحث قوية للعلماء في جميع أنحاء العالم المشاركين في علم وراثة ذباب الفاكهة. حتى الآن، تمكن الدكتور شولدينر من تحديد موقع حوالي عشرة جينات تشارك في آليات تقليم المحاور العصبية - أي حوالي نصف العدد المعروف من الجينات. ويخطط في معهد وايزمان للعلوم لدراسة الدور الدقيق لهذه الجينات. على سبيل المثال، أحد الجينات التي اكتشفها يعمل كمفتاح جزيئي أولي، والذي يسبب إعادة نمو المحاور بعد التقليم. يعتزم الدكتور شولدنر معرفة ما إذا كان هذا الجين يتسبب أيضًا في إعادة نمو المحاور العصبية بعد إصابة العصب، وما إذا كان من الممكن تنشيطه لإحداث مثل هذا النمو لعلاجات مستقبلية محتملة. وفي ضوء التشابه الكبير بين عمليات التقليم الطبيعية في دماغ الذبابة وتكسر المحاور العصبية الذي يحدث نتيجة أمراض الدماغ التنكسية أو إثر إصابة الدماغ، فمن الممكن أن يقدم بحثه رؤى جديدة حول طبيعة الدماغ. الأضرار وطرق إصلاحها.