العلماء يحلون لغزًا محيرًا حول سبب استهلاك الخلايا العصبية للكثير من الطاقة
حتى أثناء الراحة
الجنيه مقابل الجنيه ، يستهلك الدماغ طاقة أكبر بكثير من الأعضاء الأخرى ، والأمر المحير أنه يظل مستهلكًا للوقود حتى عندما لا تقوم الخلايا العصبية بإطلاق إشارات تسمى الناقلات العصبية لبعضها البعض.
وجد الباحثون الآن في Weill Cornell Medicine أن عملية تغليف الناقلات العصبية قد تكون مسؤولة عن استنزاف الطاقة هذا.
في دراستهم ، التي نُشرت اليوم (3 ديسمبر 2021) في Science Advances ، حددوا كبسولات صغيرة تسمى الحويصلات المشبكية كمصدر رئيسي لاستهلاك الطاقة في الخلايا العصبية غير النشطة.
تستخدم الخلايا العصبية هذه الحويصلات كحاويات لجزيئات الناقل العصبي الخاصة بها ، والتي تطلقها من منافذ الاتصالات التي تسمى المحطات المشبكية للإشارة إلى الخلايا العصبية الأخرى.
إن تعبئة النواقل العصبية في الحويصلات هي عملية تستهلك طاقة كيميائية ، ووجد الباحثون أن هذه العملية ، من حيث الطاقة ، تتسرب بطبيعتها - متسربة لدرجة أنها تستمر في استهلاك طاقة كبيرة حتى عندما تمتلئ الحويصلات وتكون المحطات المشبكية غير نشطة.
قال كبير المؤلفين الدكتور تيموثي رايان ، أستاذ الكيمياء الحيوية والكيمياء الحيوية في علم التخدير في طب وايل كورنيل:
"تساعدنا هذه النتائج على فهم أفضل لسبب تعرض الدماغ البشري لانقطاع أو إضعاف إمدادات الوقود".
إن ملاحظة أن الدماغ يستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة ، حتى عندما يكون في حالة راحة نسبيًا ، تعود إلى عدة عقود من الزمن إلى دراسات حول استخدام الدماغ للوقود في حالات الغيبوبة والنباتات.
ووجدت تلك الدراسات أنه حتى في هذه الحالات غير النشطة بشكل عميق ، فإن استهلاك الدماغ للجلوكوز ينخفض عادة من الطبيعي بمقدار النصف فقط - والذي لا يزال يترك الدماغ كمستهلك مرتفع للطاقة مقارنة بالأعضاء الأخرى. لم يتم فهم مصادر استنزاف الطاقة أثناء الراحة تمامًا.
أظهر الدكتور رايان ومختبره في السنوات الأخيرة أن النهايات المشبكية للخلايا العصبية ، والنمو الشبيه بالبراعم التي تطلق منها النواقل العصبية ، تعد مستهلكين رئيسيين للطاقة عندما تكون نشطة ، وهي حساسة للغاية لأي اضطراب في إمداد الوقود.
وفي الدراسة الجديدة التي درست استخدام الوقود في محطات متشابك عندما في نشطة، ووجدت أنها لا تزال مرتفعة.
اكتشفوا أن هذا الاستهلاك المرتفع للوقود أثناء الراحة يتم حسابه إلى حد كبير من خلال مجموعة الحويصلات في المحطات المشبكية.
أثناء الخمول المشبكي ، يتم تحميل الحويصلات بالكامل بآلاف الناقلات العصبية لكل منها ، وتكون جاهزة لإطلاق هذه الحمولات الحاملة للإشارات عبر المشابك العصبية إلى الخلايا العصبية الشريكة.
لماذا تستهلك الحويصلة المشبكية الطاقة حتى عندما تكون محملة بالكامل؟ اكتشف الباحثون أن هناك تسربًا أساسيًا للطاقة من غشاء الحويصلة ، وهو "تدفق بروتون" ، مثل أن إنزيم "مضخة البروتون" في الحويصلة يجب أن يستمر في العمل ، ويستهلك الوقود كما يفعل ، حتى عندما الحويصلة مليئة بالفعل بجزيئات الناقل العصبي.
أشارت التجارب إلى بروتينات تسمى الناقلات كمصادر محتملة لتسرب البروتون هذا.
عادة ما تجلب الناقلات النواقل العصبية إلى الحويصلات ، وتغير شكلها لتحمل الناقل العصبي إليها ، ولكنها تسمح في نفس الوقت للبروتون بالهروب - أثناء قيامهم بذلك.
يتكهن الدكتور رايان بأن عتبة الطاقة لهذا التحول في شكل الناقل كانت منخفضة عن طريق التطور لتمكين إعادة تحميل الناقل العصبي بشكل أسرع أثناء النشاط التشابكي ، وبالتالي سرعة التفكير والعمل.
وقال:
"إن الجانب السلبي لقدرة التحميل الأسرع هو أنه حتى التقلبات الحرارية العشوائية يمكن أن تؤدي إلى تغيير شكل الناقل ، مما يتسبب في استنزاف الطاقة المستمر حتى في حالة عدم تحميل ناقل عصبي".
على الرغم من أن التسرب لكل حويصلة سيكون ضئيلاً ، إلا أن هناك على الأقل مئات تريليونات من الحويصلات المشبكية في دماغ الإنسان ، لذا فإن استنزاف الطاقة سيتضاعف بالفعل ، كما قال الدكتور رايان.
هذا الاكتشاف هو تقدم كبير في فهم علم الأحياء الأساسي للدماغ.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن ضعف الدماغ تجاه انقطاع إمداد الوقود يمثل مشكلة رئيسية في علم الأعصاب ، وقد لوحظ وجود نقص في التمثيل الغذائي في مجموعة من أمراض الدماغ الشائعة بما في ذلك مرض الزهايمر ومرض باركنسون.
يمكن أن يساعد هذا الخط من التحقيق في نهاية المطاف في حل الألغاز الطبية المهمة واقتراح علاجات جديدة.
قال الدكتور رايان:
"إذا كان لدينا طريقة لخفض استنزاف الطاقة بأمان وبالتالي إبطاء عملية التمثيل الغذائي للدماغ ، فقد يكون ذلك مؤثرًا للغاية من الناحية السريرية".
تعليقات
إرسال تعليق