کشف نقش شپرون ها در بروز بیماری‌های عصبی

تیمی از محققان دانشگاه ماساچوست آمهرست برای اولین بار نشان داد که چگونه پروتئین‌هایی به نام (شاپرون‌ها) برای اطمینان از انتقال سیگنال‌ها بین نورون‌ها حیاتی هستند. هنگامی که این انتقال عصبی مختل می‌شود، بیماری‌های مخرب مانند آلزایمر و پارکینسون و بسیاری دیگر می‌توانند رخ دهند.

به گزارش رسانه اخبار پزشکی مدنا، تحقیقات این تیم درک جدیدی از نحوه عملکرد حیاتی‌ترین بخش این فرآیند ارائه می‌دهد و سنگ بنای درک مکانیسم‌های اساسی بیماری‌های نورودژنراتیو است. این تحقیق نقش شاپرون اصلی، Hsc70، و یک شاپرون همکار تخصصی، CSPa، را در آماده‌سازی یک پروتئین بسیار پیچیده دیگر، SNAP-25، برای نقش حیاتی آن در ماشین‌آلات مسئول انتقال سیگنال‌ها بین نورون‌ها برجسته می‌کند.

نورون‌ها سلول‌های تخصصی در سیستم عصبی انسان هستند و وظیفه آن‌ها انتقال سیگنال‌های الکتریکی است که اطلاعاتی را رمزگذاری می‌کنند که به ما امکان می‌دهد بخوانیم، فکر کنیم، نفس بکشیم، غذا بخوریم. در واقع، به ما این امکان را می‌دهد که هر کاری انجام دهیم. اگرچه ممکن است وسوسه شویم که آن‌ها را به عنوان سیم‌های الکتریکی تصور کنیم، اما این درست نیست، زیرا شکاف کوچکی به نام سیناپس وجود دارد که هر نورون را از شریک خود جدا می‌کند.

نحوه عبور سیگنال الکتریکی از آن شکاف سیناپسی هنوز به طور کامل درک نشده است، اما به نظر می‌رسد روند اصلی به این صورت است: یک نورون پیش‌سیناپسی پیامی دریافت می‌کند که حاوی اطلاعاتی برای انتقال است و سپس وزیکول سیناپسی درون این نورون (به آن فکر کنید مانند یک سطل کوچک پر از مواد انتقال‌دهنده عصبی غنی از اطلاعات) به داخل شکاف سیناپسی آزاد می‌شود.

برای انجام این کار، وزیکول سیناپسی باید در غشای نورون پیش‌سیناپسی پهلو بگیرد و محتوای خود را به داخل سیناپس تخلیه کند، جایی که به گیرنده‌های خاصی روی نورون پس‌سیناپسی منتقل می‌شود. به این ترتیب، ماده انتقال‌دهنده عصبی سیگنالی را به نورون جدید منتقل می‌کند. کل این فرآیند تنها یک میلی‌ثانیه طول می‌کشد، میلیون‌ها بار در روز اتفاق می‌افتد – و باید دقیق باشد.

اما تمام مراحل و تمام قطعاتی که باعث ایجاد آن می‌شوند هنوز به خوبی درک نشده‌اند و اینجاست که وارد می‌شود. کاریشما بهسنه،  محقق ارشد، دانشگاه ماساچوست آمهرست گفت: «من روی پروتئین خاصی به نام SNAP-25 کار می‌کنم. بدون SNAP-25، کمپلکس SNARE، که مسئول هدایت وزیکول سیناپسی به نقاط پهلوگیری صحیح روی نورون‌های پیش‌سیناپسی است، دچار اختلال می‌شود.»

SNAP-25 به عنوان یک پروتئین (نامنظم) شناخته می‌شود، به این معنی که ساختار آن ناپایدار است. می‌تواند اشکال مختلفی به خود بگیرد و با بسیاری از پروتئین‌های دیگر در طیف وسیعی از وظایف کار کند. چنین انعطاف‌پذیری برای توانایی آن در عملکرد کمپلکس SNARE مهم است، اما همچنین یک ضعف بالقوه است: SNAP-25 می‌تواند حواس‌پرتی پیدا کند و از کار کمک به نورون‌ها برای کار منحرف شود.

برای درک اینکه چرا SNAP-25 به ندرت حواسش پرت می‌شود و معمولاً وظیفه خود را میلیون‌ها بار در روز بی‌عیب و نقص انجام می‌دهد، بهسنه با لیلا گیرش، استاد برجسته بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی و شیمی در UMass Amherst، نویسنده ارشد مقاله، همکاری کرد. گیرش یکی از برجسته‌ترین متخصصان آنچه به عنوان (شاپرون) پروتئین شناخته می‌شود: پروتئین‌های خاصی که وظیفه آن‌ها اطمینان از این است که سایر پروتئین‌ها حواس‌شان پرت نمی‌شود و وظایف خود را با وفاداری انجام می‌دهند.

به طور خاص، گیرش تحقیقات خود را برای مدت طولانی بر روی شاپرون شناخته شده به نام Hsc70 متمرکز کرده است. با هم، بهسنه و گیرش، همراه با آنتونیا بوگویان مولن، دانشجوی کارشناسی UMass Amherst و اوژنیا ام. کلریکو، استاد مزدور تحقیقاتی بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی UMass Amherst، این سوال را مطرح کردند: آیا Hsc70 که همیشه در بدن ما وجود دارد و مسئول طیف وسیعی از وظایف شاپرون است، می‌تواند SNAP-25 را در مسیر خود نگه دارد؟ سرنخ‌هایی وجود داشت که این مورد از کار قبلی انجام شده توسط Sreeganga Chandra از دانشگاه ییل حاصل شده است، اما داستان کامل نشده بود.

برای کشف نقش Hsc70، بهسنه و همکارانش مجموعه‌ای از آزمایشات را انجام دادند که اولاً نشان داد که در حضور Hsc70 و یک شاپرون همکار، CSPa، SNAP-25 شکل مناسب را به خود می‌گیرد و در آن باقی می‌ماند. برای کار با سایر شرکای پروتئینی برای تشکیل کمپلکس SNARE. تیم تحقیقاتی بیشتر بررسی کرد و مشاهده کرد که Hsc70 نه تنها در تشکیل SNARE کمک می‌کند، بلکه در واقع با SNAP-25 در یک کمپلکس پروتئینی ترکیب می‌شود. این کمپلکس است که SNAP-25 را در شکل صحیح برای SNARE نگه می‌دارد.

برای اینکه دقیقاً مشخص شود که Hsc70 در کجا با SNAP-25 متصل می‌شود تا کمپلکس پروتئینی را تشکیل دهد، تیم تحقیقاتی مجموعه‌ای از ویرایش‌های پروتئینی را انجام داد تا مشخص کند که از ۲۰۶ سایت بالقوه‌ای که این دو می‌توانند متصل شوند، تنها سه مورد دارای ویژگی‌های صحیح هستند. از این سه مورد، تنها دو مورد به نظر می‌رسد که در واقع در فرآیند اتصال نقش داشته باشند.

همه اینها به این معنی است که هر تکان انگشت شما، هر فکری، هر ضربان قلب، در سطح اساسی خود به Hsc70 بستگی دارد که به درستی دو هدف پروتئینی خاص را روی SNAP-25 شناسایی کند و در نتیجه به اطمینان از اینکه کمپلکس SNARE می‌تواند کار خود را تکمیل کند کمک کند. انتقال اطلاعات از یک نورون به نورون دیگر. و همه اینها باید تقریباً فوراً، میلیون‌ها بار در روز، برای دهه‌ها ادامه یابد. گیرش می‌گوید: «SNAP-25 باید برای عملکرد SNARE کاملاً درست باشد و معلوم می‌شود که SNAP-25 به Hsc70، اسب کار بدن ما بستگی دارد.»