از جانب
نورون‌های موجود در مگس‌های میوه مگس سرکه توسط موسسه یادگیری و حافظه Picower برای درک تنوع در ارتباطات عصبی مورد مطالعه قرار گرفته است. آنها کشف کردند که یک پروتئین، کمپلکسین، نقشی حیاتی در کنترل انتشار انتقال دهنده های عصبی دارد. این مطالعه نشان داد که ویرایش RNA کمپلکسین منجر به نسخه‌های مختلفی از پروتئین می‌شود که بر نحوه ارتباط نورون‌ها و توسعه سیناپس‌ها تأثیر می‌گذارد. اعتبار: SciTechDaily.com
نورون ها به طور تصادفی تا هشت نسخه مختلف از آزادسازی پروتئین تنظیم کننده انتقال دهنده عصبی را تولید می کنند که می تواند نحوه ارتباط آنها با سلول های دیگر را تغییر دهد.
نورون ها سخنگو هستند. هر یک از آنها با انتشار مواد شیمیایی انتقال دهنده عصبی با سایر سلول های عصبی، ماهیچه ها یا سلول های دیگر ارتباط برقرار می کنند.سیناپساتصالات، در نهایت عملکردهایی از احساسات تا حرکات را تولید می کنند. اما حتی نورون‌های دقیقاً یکسان نیز می‌توانند در سبک مکالمه‌شان متفاوت باشند. یک مطالعه جدید با دسترسی آزاد منتشر شده در مجله گزارش های سلولی توسط عصب شناسان موسسه یادگیری و حافظه Picower، مکانیسم مولکولی را برجسته می کند که ممکن است به توضیح تنوع ظریف گفتمان عصبی کمک کند.
دانشمندان اکتشافات خود را در نورون هایی انجام دادند که عضلات را کنترل می کنند مگس سرکه مگس میوه این سلول‌ها مدل‌هایی در علوم اعصاب هستند، زیرا بسیاری از ویژگی‌های اساسی مشترک برای نورون‌ها در انسان و سایر حیوانات، از جمله ارتباط از طریق انتشار ناقل عصبی گلوتامات را نشان می‌دهند. در آزمایشگاه تروی لیتلتون، پروفسور منیکن در MITدپارتمان‌های زیست‌شناسی و مغز و علوم شناختی، که چگونگی تنظیم نورون‌ها این فرآیند حیاتی را مطالعه می‌کنند، محققان اغلب مشاهده می‌کنند که تک تک نورون‌ها در الگوهای شلیک متفاوت هستند. برخی بیشتر از دیگران “حرف می زنند”.
در یک مطالعه جدید روی یک پروتئین کلیدی که نحوه ارتباط نورون‌ها را با آزاد کردن انتقال‌دهنده‌های عصبی تنظیم می‌کند، دانشمندان چگونگی تأثیر ویرایش RNA بر توزیع و کارایی پروتئین را پیگیری کردند. در اینجا، سه ویرایش مختلف کمپلکسین (زرد) منجر به توزیع متفاوت پروتئین در بخش‌های نورون حرکتی و همچنین درجات مختلف عملکرد شد. پانل سمت چپ توزیع کمپلکس ویرایش نشده را نشان می دهد، در حالی که دو پانل سمت راست توزیع دو نوع ویرایش شده متفاوت را نشان می دهد. اعتبار: آزمایشگاه لیتلتون / موسسه Picower
نقش کمپلکسین در ارتباطات عصبی
در بیش از یک دهه تحقیق، آزمایشگاه لیتلتون موفق شد نشان داده شده پروتئینی به نام کمپلکسین وظیفه مهار صدای خودبخودی گلوتامات را بر عهده دارد. این ترکیب وزیکول های پر از گلوتامات را در غشای سیناپسی محدود می کند تا منبع انتقال دهنده عصبی را در زمانی که نورون به دلایل عملکردی به آن نیاز دارد، برای مثال برای شبیه سازی حرکت یک عضله، حفظ کند. مطالعات آزمایشگاهی نشان می دهد شناخته شده است دو نوع مختلف کمپلکسین در مگس‌ها (پستانداران دارای چهار نوع هستند) و نشان داد که کارایی گیره شکل نادر اما قوی 7B با یک فرآیند مولکولی به نام فسفوریلاسیون تنظیم می‌شود. معلوم نبود نسخه بسیار رایج تر 7A چگونه تنظیم شده است، اما دانشمندان این را نشان دادند RNA رونویسی شده توسط DNA که دستور ساخت پروتئین را می دهد، گاهی اوقات توسط آنزیمی به نام ADAR در سلول ویرایش می شود.
در مطالعه جدید توسط تیم لیتلتون به رهبری دکتر الیزابت بریا ’23، آزمایشگاه بررسی کرد که آیا ویرایش RNA کمپلکسین 7A بر نحوه تنظیم انتشار گلوتامات تأثیر می گذارد یا خیر. چیزی که او پیدا کرد تعجب آور بود. نه تنها ویرایش RNA کمپلکسین 7A تأثیر قابل توجهی بر چگونگی جلوگیری از آزاد شدن گلوتامات توسط پروتئین دارد، بلکه می‌تواند بین سلولهای عصبی منفرد بسیار متفاوت باشد، زیرا آنها می‌توانند به طور تصادفی تا هشت نسخه مختلف پروتئین را با هم ترکیب و مطابقت دهند. برخی از ویرایش‌ها به‌طور متوسط بسیار رایج‌تر از بقیه بودند، اما 96 درصد از 200 نورون مورد مطالعه، حداقل ویرایش‌هایی داشتند که بر ساختار انتهای پروتئین به نام C-پایانه آن تأثیر می‌گذاشت.
آزمایش‌ها برای آزمایش برخی از پیامدهای این تنوع ساختاری نشان داد که ویرایش‌های مختلف یک مجموعه در 7A می‌تواند به طور چشمگیری بر سطح جریان الکتریکی قابل اندازه‌گیری در سیناپس‌های مختلف تأثیر بگذارد. این سطح متفاوت از فعالیت می تواند بر رشد سیناپس هایی که نورون ها با عضلات می سازند نیز تأثیر بگذارد. بنابراین، ویرایش RNA پروتئین می تواند به هر نورون درجات خوبی از کنترل ارتباط بدهد.
لیتلتون می‌گوید: «آنچه این به سیستم عصبی ارائه می‌کند این است که شما می‌توانید رونوشت‌های یکسانی را بگیرید و با ویرایش متن‌های مختلف RNA، آن نورون‌ها رفتار متفاوتی خواهند داشت.
گسترش دامنه: ویرایش سایر پروتئین ها
علاوه بر این، تیم لیتلتون و بریجا دریافتند که سایر پروتئین‌های کلیدی دخیل در آزادسازی گلوتامات سیناپسی، مانند سیناپسین و Syx1A، گاهی اوقات در سطوح کاملاً متفاوتی در میان همان جمعیت نورون‌ها ویرایش می‌شوند. این نشان می دهد که سایر جنبه های ارتباط سیناپسی نیز ممکن است قابل تنظیم باشند.
بریجا، لیتلتون و همکارانش می نویسند: «چنین مکانیزمی راهی قوی برای تغییر ویژگی های چندگانه خروجی عصبی خواهد بود.
این تیم با استخراج دقیق و تعیین توالی RNA از هسته و بدن سلولی 200 نورون حرکتی، سطوح مختلف ویرایش را ردیابی کردند. این کار مجموعه ای از داده ها به اندازه کافی غنی به دست آورد تا نشان دهد که هر یک از سه نوکلئوتید آدنوزین که دو آمینو اسید در انتهای C را می توان با دیگری جایگزین کرد و هشت نسخه مختلف از پروتئین را ارائه داد. بخش کوچکی از کمپلکسین 7A بدون ویرایش در نورون متوسط باقی مانده است، در حالی که هفت نسخه ویرایش شده بقیه را با درجات فراوانی متفاوت تشکیل می دهند.
برای مطالعه پیامدهای عملکردی برخی از نسخه‌های مختلف، این تیم پیچیده را حذف کرد و سپس با افزودن نسخه‌های ویرایش نشده یا دو نسخه ویرایش‌شده متفاوت، مگس‌ها را نجات داد. آزمایش ها تضاد فاحشی را بین دو پروتئین ویرایش شده نشان داد. به نظر می رسد یکی که رایج تر بود نسبت به کمپلکسین ویرایش نشده، گیره کمتر مؤثری بود که به سختی از انتشار خود به خود گلوتامات و افزایش جریان الکتریکی جلوگیری می کرد. دیگری ثابت کرد که در بستن نسبت به نسخه ویرایش نشده موثرتر است و درب را روی آزادسازی گلوتامات و خروجی سیناپسی محکم نگه می دارد. و در حالی که هر دو نسخه ویرایش شده تمایل دارند از سیناپس ها دور شوند و به سمت آکسون نورون حرکت کنند، شاخه بلندی که از بدن سلولی امتداد می یابد، نسخه ای که به خوبی گیره می دهد از رشد بیش از حد سیناپس ها جلوگیری می کند، در حالی که نسخه ای که ضعیف گیره می دهد فقط مرز کمی ایجاد می کند.
از آنجایی که نسخه‌های متعدد اغلب در نورون‌ها وجود دارد، بریجا و تیم آزمایش‌های دیگری انجام دادند که در آن مگس‌های فاقد کمپلکس را با ترکیبی از کمپلکسین ویرایش نشده و نسخه ضعیف سرکوب‌شده «نجات دادند». نتیجه ترکیبی از هر دو بود: کاهش آزادسازی خود به خودی گلوتامات نسبت به انتشار خفیف سرکوب کننده به تنهایی. یافته ها نشان می دهد که نه تنها هر رهاسازی به طور بالقوه گلوتامات را تنظیم می کند، بلکه ترکیب بین آنها می تواند به شیوه ای ترکیبی عمل کند.
مرجع: “ویرایش RNA تصادفی پایانه C کمپلکسین در سلولهای عصبی منفرد، آزادسازی انتقال دهنده عصبی را تنظیم می کند” توسط الیزابت A. Bria، Zhuo Guan، Suresh K. Jetty، و J. تروی لیتلتون 17 سپتامبر 2023، گزارش های سلولی.
DOI: 10.1016/j.celrep.2023.113152
علاوه بر بریجا و لیتلتون، نویسندگان دیگر مقاله ژو گوان و سورش جتی هستند.
این موسسه ملی بهداشتبنیاد JPB و موسسه یادگیری و حافظه Picower از این تحقیق حمایت کردند.
