مثل العديد من الأجهزة الاصطناعية، تستخدم الكائنات الحية أيضًا تغيرات الجهد الكهربائي لتزويد أجسامها بالطاقة. دراسة جديدة تسلط الضوء على الظاهرة وتقدم بعض الأفكار لأدوية مبتكرة لعلاج الألم والأمراض التنكسية العصبية في الجهاز العصبي وأمراض العضلات
مثل العديد من الأجهزة الاصطناعية، تستخدم الكائنات الحية أيضًا تغيرات الجهد الكهربائي لتزويد أجسامها بالطاقة. الدماغ والعضلات والقلب والحواس - كلها تستفيد من الإشارات الكهربائية. ركز فريق من العلماء من معهد وايزمان للعلوم، بقيادة البروفيسور إيتان ريوفاني من قسم الكيمياء البيولوجية، على تسلسل الأحداث التي أدت إلى تنشيط الإشارات الكهربائية في الخلايا العصبية.
ومن خطوات هذه العملية تفعيل قنوات أيونية معينة، وهي المسؤولة عن نقل المواد من خارج الخلية إلى داخلها، ومنها إلى خارجها. هذه القنوات هي في الواقع بروتينات موجودة على أغشية الخلايا العصبية. إغلاق وفتح هذه القنوات يسمح للخلايا بتوليد ونقل الإشارات الكهربائية. قام البروفيسور روفاني والطالبان عنبال ريفان وشهار إيونير بدراسة قنوات البوتاسيوم التي يؤدي فتحها إلى تأخير الإشارات الكهربائية في الخلايا العصبية. ترتبط هذه القنوات ببروتين آخر موجود في غشاء الخلية، يسمى بروتين G.
تفتح القنوات ويتوقف الإرسال
يؤدي تنشيط هذا البروتين إلى فتح القناة الأيونية، مما يوقف الإشارات الكهربائية. يتم تنشيط بروتين G بواسطة بروتين آخر، موجود أيضًا في غشاء الخلية. هذا البروتين عبارة عن مستقبل يتلقى التعليمات للعمل وأداء مهمته من الوسيط العصبي (الناقل العصبي) الذي يرتبط به. لكن هذه الناقلات العصبية تنقل العديد من أنواع الرسائل المختلفة، بما في ذلك أوامر التنشيط وأوامر تثبيط الإشارات الكهربائية. عندما يتم تنشيط بروتين G، فإنه يؤثر على مجموعة متنوعة من العمليات الخلوية، ولكن في الممارسة العملية، يؤدي تنشيط مستقبل معين عن طريق ربط الوسيط المناسب إلى التنشيط الانتقائي لآلية محددة في الخلية، على سبيل المثال قنوات البوتاسيوم. كيف يتم هذا الاختيار؟ كيف "يعرف" المستقبل أنه يجب عليه تنشيط البروتين G الذي يفتح القناة الأيونية ويوقف الإشارات الكهربائية؟ كيف تعمل هذه السلسلة من الإجراءات الدقيقة والسريعة والانتقائية؟
اكتشف البروفيسور روفاني وأعضاء مجموعته البحثية أن البروتينات التي يتكون منها النظام لا توجد بشكل منفصل على غشاء الخلية، ولكنها متصلة ببعضها البعض وتشكل بنية مشتركة، حتى قبل أن يتم تنشيطها. ويضمن هذا التنظيم أنه عند وصول إشارة تفعيل القنوات، يمكن تنظيم العملية برمتها والتحكم فيها بسرعة بين "الجيران". وهذا يتيح كلا من الانتقائية (يعرف المستقبل مسبقًا أي بروتين G يجب عليه تنشيطه)، والتوقيت الدقيق. يرجع الاختلاف بين حالة الراحة للنظام وحالة التنشيط إلى الوحدات الفرعية الثلاث التي يتكون منها بروتين G.
ترتبط الوحدة الرئيسية بالمستقبل، بينما ترتبط الوحدتان الأخريان بالقناة الأيونية، وبالتالي تشكل سلسلة ربط. يؤدي تنشيط البروتين G بواسطة المستقبل إلى تغيير الموقع النسبي للوحدات الفرعية داخل البنية المشتركة، مما يؤدي إلى فتح القناة. تم الحصول على الدليل على وجود هذه المجموعة التشغيلية من خلال تقنية تسمى FRET (نقل طاقة الرنين الفلوري)، والتي تتيح قياس المسافة بين جزيئين. عندما يكون جزيئين قريبين من بعضهما البعض، فإن أحدهما، "الجزيء المانح"، ينقل الطاقة إلى "الجزيء المتلقي"، وبالتالي يتسبب في انبعاث الضوء من الجزيء المتلقي. تعتمد كفاءة نقل الطاقة على المسافة بين الجزيئين.
لاحظ الباحثون أن الكثير من الطاقة تنتقل بين البروتين G والقناة الأيونية حتى عندما يكون النظام في حالة راحة، وخلصوا إلى أنهما قريبان جدًا من بعضهما البعض، بطريقة تتفق مع مفهوم البنية المشتركة. وتشارك الطفرات في القنوات الأيونية في تطور الأمراض والتأثيرات غير المرغوب فيها مثل الصرع والألم المزمن والأمراض التنكسية العصبية للجهاز العصبي وأمراض العضلات، لذلك تعد هذه القنوات هدفًا جيدًا للعلاج الدوائي.
على سبيل المثال، توفير بديل اصطناعي للناقل العصبي الذي يزيد من نشاط القنوات قد يساعد في علاج أمراض مثل الصرع والألم وارتفاع ضغط الدم والسكتة الدماغية. ويأمل الباحثون أن تؤدي هذه النتائج مستقبلا إلى تطوير طرق متقدمة لعلاج أمراض الأعصاب المختلفة.
