پژوهشگران دانشگاه دوک بیش از ۱۰۰ نوع پروتئین در سیناپس مهاری کشف کردند. این مجموعه تازه کشف شده از پروتئین ممکن است به درمان نارسایی‌های مغزی مانند صرع کمک کند.
این نمودار رنگی، یک پیک (قله) غیرنرمال در هیپوکامپ مغز که در آن یک پروتئین مهاری به نام InSyn1 تخلیه شده است را نشان می‌دهد. برای آزمایش اینکه آیا این پروتئین در واقع برای «مهار» فعالیت مغز استفاده می‌شود یا نه، پژوهشگران دانشگاه دوک این پروتئین را از سلول‌های عصبی فرد خارج کردند و این موجب شد بافت اطراف مغز بیش از حد تحریک شوند. (این قله در فعالیت مغز افراد مبتلا به صرع مشاهده می‌شود)[/caption]
در سال ۱۹۵۹، یک دانشمند به نام ادوارد گری نشان داد که شکاف ناچیزی بین سلول‌های عصبی، جایی که پیام‌های شیمیایی ارسال می‌شود، به نام سیناپس وجود دارد. سیناپس‌ها به دو نوع عمده تقسیم می‌شوند که پژوهشگران به آنها لقب «تحریکی» (excitatory) و «مهاری» (inhibitory) دادند.
سیناپس مهاری به عنوان ترمز در مغز عمل میکند و از تحریک بیش از حد جلوگیری میکند. پژوهشگران فکر می‌کردند آنها پیچیدگی کمتری نسبت به همتایان تحریکی خود دارند چرا که تعداد نسبتاً کمی از پروتئین‌های موجود در این ساختارها شناخته شده بود. اما یک پژوهش جدید که توسط دانشمندان دانشگاه دوک انجام گرفته و نهم سپتامبر در مجله علوم منتشر شده است، این فرضیه را رد کرده است. آنها ۱۴۰ نوع پروتئین در ساختار سیناپس مهاری کشف کردند.
پژوهشگر ارشد این مطالعه، اسکات سودرلینگ، استادیار زیست شناسی سلولی و بیولوژی اعصاب در دانشگاه دوک گفت: «شبیه این است که این پروتئین‌ها در یک محیط امن برای بیش از ۵۰ سال محبوس شده بودند و ما معتقدیم که پژوهش ما راهی برای ورود به این محیط امن کشف کرده است، جایی که جواهرات گران بهایی وجود دارد».
سودرلینگ ادامه داد: به طور ویژه، ۲۷ نوع از این پروتئین‌ها در حال حاضر توسط پژوهش‌های همخوانی سراسر ژنوم اثبات شده که در اوتیسم، ناتوانی هوشی و صرع نقش دارند و عملکرد آنها در سیناپس‌ها میتواند راه‌های جدیدی برای درک و درمان این نارسایی‌ها ارائه دهد.
سیناپس‌ها هدف رایج داروهایی هستند که برای درمان بیماری‌های مغزی استفاده می‌شوند، اما آنها تحت تأثیر داروهایی که به اشتباه مصرف می‌شوند نیز قرار می‌گیرند. حدود ۴۰ نوع پروتئینی که در حال حاضر شناخته شده‌اند در سیناپس‌های مهاری وجود دارند که نه تنها از تحریک بیش از حد که میتواند موجب حمله عصبی شود جلوگیری می‌کنند بلکه شکل دهنده الگوهای سیگنال مغزی نیز هستند.
سودرلینگ گفت: «سیناپس مهاری نیز به اندازه سیناپس تحریکی مهم است، اما ما روش خوبی برای جدا کردن پروتئین‌های آن نداشتیم، بنابراین نمیتوانستیم بفهمیم که چگونه کار میکند».
پژوهشگران دانشگاه دوک بیش از ۱۰۰ نوع پروتئین در سیناپس مهاری، یک نوع اتصال مغز که موجب ایجاد ترمز در فعالیت مغز می‌شود، کشف کردند. تصویر: سمت چپ، ناحیه‌ای به نام هیپوکامپ را نشان می‌دهد که مسئول یادگیری و حافظه است و بیش از حد تحریک شده است. این تحریک بیش از حد موجب ایجاد انواع صرع می‌شود. سمت راست، روابط مختلف بین پروتئین‌های تازه کشف شده را نشان می‌دهد.
کشف پروتئین‌های جدید
در این پژوهش جدید، محقق فوق دکترا، Akiyoshi Uezu در گروه سودرلینگ با استفاده از یک روش برچسب‌گذاری به نام BioID پروتئین‌ها را شناسایی کرد. در این روش از یک آنزیم باکتریایی استفاده می‌شود که هر پروتئین نزدیکی را صید و آنها را محصور میکند. پروتئین‌های اسیر شده دوباره بازیابی می‌شوند و با استفاده از روش تعیین شده برای توصیف پروتئین‌ها شناسایی می‌شوند.
سودرلینگ و Uezu متوجه شدند که این روش پروتئین‌های جدید سیناپس مهاری را جدا میکند و به طرف خود می‌کشد. «ما شاهد فهرست بزرگی از پروتئین‌ها بودیم که هیچ کس تاکنون آنها را ندیده بود».
دو پروتئین هیچ عملکرد شناخته شده‌ای نداشتند و بر خلاف پروتئین‌های دیگر، ژن آنها هیچ سرنخی ارائه نکرد. پژوهشگران لقب سیناپس مهاری ۱ (InSyn1) و سیناپس مهاری ۲ (InSyn2) را به آنها دادند. کاهش سطح InSyn1 در نورون‌ها موجب تحریک بیش از حد بافت مغز اطراف شد. این نشان می‌دهد که این پروتئین برای عملکرد طبیعی سیناپس مهاری بسیار مهم است.
هیجان انگیزترین موضوع برای سودرلینگ این بود که پژوهش‌های ژنتیکی پیشین چند نوع پروتئین که موجب بیماری ارثی صرع می‌شود را نشان داده بود. اگرچه نقش خاص پروتئین‌ها ناشناخته بود. سودرلینگ گفت: «کشف این پروتئین‌ها در سیناپس مهاری واقعاً به ما بینش‌های مهمی می‌دهد. فرضیه‌ها این است که این جهش‌ها توانایی سلول‌های عصبی در فعالیت‌های مهاری را مخدوش میکند. این چیزی است که ما به طور فعال مشغول مطالعه آن هستیم».
افزون بر این، سلول‌های عصبی، ساختارهای دیگری با فهرست ناقص پروتئین دارند. گروه سودرلینگ در حال همکاری با پژوهشگران دیگری است که علاقه‌مند به کاوش در این زمینه و استفاده از روش BioID هستند. سودرلینگ این راهکار را روی تارنمای آزمایشگاه خود قرار داده تا دیگران بتوانند یاد بگیرند که چگونه این روش را روی موش‌ها آزمایش کنند.
در نهایت این گروه قصد دارد نقش سیناپس مهاری در شکل‌گیری حافظه بلند مدت را بررسی کند. سیناپس‌ها قادرند در طول زمان قدرت اتصالات حافظه بلند مدت را تغییر دهند. سودرلینگ گفت: عملکرد اتصالات مهاری در حافظه بسیار کمتر از سیناپس تحریکی درک شده است.
این پژوهش‌ها توسط موسسه ملی بهداشت (MH104736 و NS039444) پشتیبانی می‌شود.
منبع: eurekalert.org
