مادة طبيعية مشتقة من نبات شائع (Galanthus nivalis)، قد تشكل أساسًا لتطوير أدوية محسنة لمرض الزهايمر
من اليمين: البروفيسور يوئيل سوسمان، الدكتور جيتاي كريجر، والبروفيسور يسرائيل سيلمان. البنية المكانية
مادة طبيعية مشتقة من نبات شائع (Galanthus nivalis)، قد تشكل الأساس لتطوير أدوية محسنة لمرض الزهايمر. وينبثق هذا الاحتمال من دراسة أجراها فريق من الباحثين من معهد وايزمان للعلوم، بقيادة البروفيسورين يوئيل سوسمان ويسرائيل سيلمان، وبمشاركة الدكتور تسفي غرينبلات والدكتور جيتاي كريجر. وأظهر العلماء بالضبط كيف تنجح المادة الطبيعية في تثبيط نشاط إنزيم الأسيتيل كولين استريز، الذي يكسر الناقل العصبي الأسيتيل كولين عند نقاط الاتصال في الدماغ.
يحدث مرض الزهايمر بسبب ضعف التواصل العصبي في الدماغ، والذي يتوسطه الناقل العصبي الأسيتيل كولين. قد يكون سبب هذا الضعف هو موت الخلايا العصبية التي تنتج الأسيتيل كولين، مما يقلل من كمية الناقل العصبي في الدماغ. ولإعادة تقوية الاتصال العصبي، يجب زيادة كمية الناقل العصبي الموجود في عقد الاتصال في الدماغ. الطريقة العملية الوحيدة للقيام بذلك تعتمد على إبطاء عمليات انهيار الناقل العصبي. يتم تنفيذ هذا الانهيار بواسطة إنزيم أستيل كولين استريز، الذي يعمل بكفاءة عالية: حيث يقوم جزيء واحد من الإنزيم بتكسير 20,000 جزيء من الناقل العصبي في ثانية واحدة. وبالتالي فإن القدرة على تثبيط مرض الزهايمر تعتمد على القدرة على تثبيط نشاط إنزيم الأستيل كولين استريز. العديد من الأدوية الموجودة لهذا المرض تعمل بالفعل بهذه الطريقة، لكن علماء المعهد اكتشفوا الآن بالضبط كيف تقوم مادة تسمى جالانتامين التي تأتي من النبات (Galanthus nivalis) بعملها، وقد نُشرت هذه النتائج في المجلة العلمية FEBS Letters.
يقول الدكتور غرينبلات أنه بالإضافة إلى تثبيط إنزيم التحلل، يرتبط الجالانتامين بمستقبلات الأسيتيل كولين المعروضة على أغشية الخلايا العصبية، وبالتالي يزيد من كفاءة الاتصال العصبي. إن النشاط المزدوج للجالانتامين، إلى جانب حقيقة أنه يسبب آثارًا جانبية سلبية أقل، يجعله مرشحًا واعدًا ليكون بمثابة أساس لتطوير أدوية محسنة لعلاج المرضى الذين يعانون من مرض الزهايمر.
كشف العلماء عن البنية المكانية للاقتران الجزيئي الذي يتضمن جزيء إنزيم الأسيتيل كولين-إيستراز مع جزيء المادة المثبطة، جالانتامين. وبهذه الطريقة، أصبح من الواضح في أي مواقع الإنزيم، بالضبط، يعمل جزيء المادة المثبطة. قد تشكل هذه المعلومات الأساس لجهود العلماء الذين سيسعون إلى تطوير دواء مثبط أكثر فعالية ودقة.
اللحظات الفاصلة
قال جوناثان سويفت، مؤلف رحلات جاليفر، إن الرؤية هي القدرة على رؤية الغيب. وإذا تعاملنا مع هذا التعريف على أنه بسيط، فيبدو أن علماء معهد وايزمان للعلوم قد نجحوا مؤخرًا في تحويل الرؤية إلى واقع. ونجحوا - لأول مرة في العالم - في "تصوير" لحظة تفكك الروابط الكيميائية في جزيء بروتين معرض لتدفق الأشعة السينية الصادرة عن السنكروترون. نُشرت هذه النتائج مؤخرًا كقصة غلاف في المجلة العلمية PNAS (وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم)، ويمكن أن تساعد في تحسين قدرتنا على معرفة الخواص الكيميائية التي تجعل الجزيئات البيولوجية المختلفة حساسة للإشعاع، وهو أمر قد المساعدة في تطوير المواد الطبية لمنع الضرر الإشعاعي.
وضم فريق البحث من علماء معهد وايزمان الدكتور جيتاي كريجر، والدكتور ميخال هاريل والبروفيسور يوئيل سوسمان من قسم البيولوجيا الهيكلية، والبروفيسور إسرائيل سيلمان من قسم البيولوجيا العصبية. وتعاونوا مع الدكتور مارتن ويك، والدكتورة ماريا رابيز، والدكتور بيت جروس، والبروفيسور جان كرون، من مركز الأبحاث الجزيئية الحيوية في أوترخت بهولندا، ومع الدكتور ريموند رولي والدكتور سيان ماكسويني من المختبر الأوروبي. البيولوجيا الجزيئية في غرونوبل، فرنسا.
يقول الدكتور كريجر: "كانت النتائج المدهشة تنتظرنا في زقاق ضيق متفرع من تيار واسع من الأبحاث، والذي لجأنا إليه في الواقع بالصدفة". شرع العلماء في التحقيق في كيفية تفاعل إنزيم أستيل كولين، الذي يلعب دورًا رئيسيًا في عمليات التعلم والذاكرة في الدماغ، في "الوقت الفعلي". وللقيام بذلك، قاموا بتعريض بلورات الإنزيم لشعاع قوي من الأشعة السينية ("الأشعة السينية") مصدرها السنكروترون. ولهذا الغرض، استخدموا منشأة السنكروترون التابعة للاتحاد الأوروبي في غرونوبل، فرنسا. وقد أصبح هذا التعاون العلمي ممكنا بفضل حقيقة أن إسرائيل أصبحت مؤخرا عضوا في مجموعة الدول التي تدير هذه المنشأة.
يعمل أستيل كولين بسرعة هائلة، وكان العلماء يأملون في الحصول على سلسلة من "الصور الفوتوغرافية" التي تصف المراحل المختلفة لنشاطه من خلال سلسلة من رشقات سريعة وقصيرة من الإشعاع. لكن عندما فحصوا "الصور" التي تلقوها، أدرك العلماء أنه بدلاً من توثيق المراحل المختلفة للتفاعل الكيميائي للإنزيم مع جزيئات أخرى، تمكنوا لأول مرة في العالم من توثيق المراحل المختلفة للتفاعل الكيميائي للإنزيم مع جزيئات أخرى. كسر الرابطة الكيميائية في البنية المكانية ثلاثية الأبعاد لجزيء البروتين، نتيجة تعرضه لتدفق الإشعاع. يقول البروفيسور سوسمان: "لقد حصلنا على تسلسل واضح من الرسوم المتحركة يصف كسر الرابطة الكيميائية بين جزأين الجزيء - وهو أمر لم يسبق له مثيل من قبل".
اكتشف العلماء أن هناك رابطة كيميائية معينة (ثاني كبريتيد)، وهي شائعة جدًا في جزيئات البروتين، حساسة بشكل خاص لأشعة إكس. قد يعلمنا هذا الاكتشاف الكثير عن الطريقة التي يمكن أن يضر بها الإشعاع بالحيوانات والبشر. والآن يعتزم علماء معهد وايزمان، مع زملائهم من أوروبا، استخدام هذه التقنية للتحقق والاختبار الدقيق لقدرة المواد المختلفة على تخفيف الضرر الناجم عن الإشعاع وربما حتى منعه.
لحظات كسر جزيء الأسيتيل كولين استريز
