پشتیبانی پروتئین پرلکان از ساختار آکسون ها

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، شاید بارزترین ویژگی یک نورون شاخه بلندی به نام آکسون باشد که از بدن سلولی دور می شود تا با سایر نورون ها یا ماهیچه ها ارتباط برقرار کند. اگر این برجستگی طولانی و نازک به نظر می رسد که می تواند آسیب پذیر باشد، یک مطالعه جدید MIT نشان می دهد که یکپارچگی ساختاری آن ممکن است در واقع به پشتیبانی از پروتئین اطراف به نام پرلکان) perlecan ( نیاز داشته باشد.

پرلکان به ماتریکس خارج سلولی، پروتئین ها و سایر مولکول هایی که سلول ها را احاطه کرده اند، پایدار و انعطاف پذیر می سازد تا سلول ها بتوانند در محیطی که حمایت کننده است بدون اینکه سفت و سخت باشد، توسعه یافته و عمل کنند.

(آنچه ما دریافتیم این بود که ماتریکس خارج سلولی اطراف اعصاب در حال تغییر است و اساساً باعث شکستن کامل اعصاب می شود. اعصاب شکسته در نهایت منجر به جمع شدن سیناپس ها شد.)

انسان برای زنده ماندن پس از تولد حداقل به مقداری پرلکان نیاز دارد. جهش هایی که پرلکان را کاهش می دهند، اما از بین نمی برند، می توانند باعث سندرم شوارتز-جمپل (Schwartz-Jampel syndrome) شوند که در آن بیماران مشکلات عصبی عضلانی و ناهنجاری های اسکلتی را تجربه می کنند. لیتلتون می گوید مطالعه جدید ممکن است به توضیح چگونگی تأثیر نورون ها در این بیماری کمک کند و همچنین درک دانشمندان را از اینکه چگونه ماتریکس خارج سلولی از رشد آکسون و مدار عصبی پشتیبانی می کند، عمیق تر کند.

الن گاس PhD '23، که اخیراً از تز دکترای خود در مورد این کار دفاع کرده است، پژوهشی را که در 8 ژوئن در eLife منتشر شد، رهبری کرد.

در ابتدا او و لیتلتون انتظار نداشتند این مطالعه به کشف جدیدی در مورد دوام آکسون های در حال توسعه منجر شود. در عوض، آنها در حال بررسی این فرضیه بودند که پرلکان ممکن است به سازماندهی برخی از اجزای پروتئینی در سیناپس هایی که اعصاب پروازی برای اتصال به ماهیچه ها ایجاد می کنند کمک کند.

اما زمانی که ژنی به نام ترول (trol) را که پرلکان را در مگس ها رمزگذاری می کند، از بین بردند، دیدند که نورون ها در مراحل پایانی رشد لارو، سیناپس های زیادی را پس می گیرند. پروتئین ها در سمت عضله اتصال سیناپسی باقی ماندند، اما سمت نورون اتصال از بین رفت. این نشان می دهد که پرلکان نقشی بزرگ تر از آن چیزی که در ابتدا فکر می کردند دارد.

در واقع، نویسندگان دریافتند که پرلکان به خصوص در اطراف سیناپس ها غنی نشده است. جایی که تلفظ شد در ساختاری به نام لاملا عصبی بود که بسته های آکسون را احاطه کرده و کمی مانند روکش لاستیکی اطراف کابل تلویزیون عمل می کند تا ساختار را دست نخورده نگه دارد. این نشان می دهد که کمبود پرلکان ممکن است در سیناپس مشکلی ایجاد نکند، اما در عوض باعث ایجاد مشکل در امتداد آکسون ها به دلیل عدم وجود آن در ماتریکس خارج سلولی اطراف بسته های عصبی می شود.

آزمایشگاه لیتلتون تکنیکی را برای تصویربرداری روزانه از رشد عصبی مگس ابداع کرده بود که تصویربرداری درون حیاتی سریال (serial intravital imaging) نامیده می شود. آنها آن را به کار بردند تا ببینند چه اتفاقی برای آکسون های مگس و سیناپس ها در یک بازه زمانی چهار روزه افتاده است. آنها مشاهده کردند که در حالی که آکسون ها و سیناپس های مگس در ابتدا به طور طبیعی رشد می کردند، نه تنها سیناپس ها، بلکه بخش های کامل آکسون ها نیز محو شدند.

آنها همچنین دیدند که هرچه یک قطعه آکسون از مغز مگس دورتر باشد، احتمال شکسته شدن آن بیشتر می شود، که نشان می دهد هرچه بخش های آکسون به سمت بیرون گسترش می یابند آسیب پذیرتر می شوند. با جستجوی بخش به بخش، آنها دریافتند که در جاهایی که آکسون ها در حال شکستن هستند، از دست دادن سیناپس به زودی به دنبال خواهد داشت، که نشان می دهد شکستن آکسون علت انقباض سیناپس است.

لیتلتون می گوید: شکستگی ها در یک بخش بزرگ اتفاق می افتند. در برخی بخش ها اعصاب شکسته می شوند و در برخی دیگر نه. هر زمان که یک رویداد شکستگی رخ می داد، می دیدید که تمام اتصالات عصبی عضلانی (سیناپس) در تمام ماهیچه های آن بخش جمع می شوند.

هنگامی که آنها ساختار لاملا را در مگس های جهش یافته با مگس های سالم مقایسه کردند، دریافتند که لاملا در جهش یافته ها نازک تر و معیوب است. علاوه بر این، در جایی که لاملا ضعیف شده بود، آکسون ها مستعد شکستن بودند و ساختارهای میکروتوبولی که در طول آکسون قرار دارند به اشتباه هدایت می شوند، به سمت بیرون بیرون زده و در محل های آکسون های بریده شده در دسته های چشمگیری در هم می پیچند.

در مجموع، شواهد به سناریویی اشاره می کنند که در آن کمبود ترشح پرلکان باعث نازک و معیوب شدن لاملا عصبی می شود و ماتریکس خارج سلولی بیش از حد سفت می شود. هرچه بسته های عصبی مغز بیشتر باشد، فشارهای حرکتی بیشتر باعث می شود آکسون ها در جایی که لاملا شکسته شده است بشکنند. سپس ساختار میکروتوبول درون آکسون ها به هم ریخت. این در نهایت منجر به از بین رفتن سیناپس های پایین دست آن شکستگی ها شد زیرا اختلال در میکروتوبول ها به این معنی است که سلول ها دیگر نمی توانند سیناپس ها را پشتیبانی کنند.

حمایت از این مطالعه توسط مؤسسه ملی بهداشت انجام شد. آزمایشگاه لیتلتون نیز توسط موسسه یادگیری و حافظه Picower و بنیاد JPB پشتیبانی می شود.