يعتبر التراكم المفرط لنوعين من البروتينات في الدماغ وهما: تشابكات من بروتينات التاو التي تتكدس داخل الخلايا، وبروتينات بيتا النشوانية التي تُكون لويحات خارج الخلية من أبرز علامات مرض الزهايمر. لا يعرف الباحثون كيفية ارتباط هذا البروتين المترسب بالعلامات المميزة الرئيسية الأخرى للمرض، كموت الخلايا العصبية في الدماغ.

نشر باحثو معهد برود التابع بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وهارفرد دراسة في دورية Nature Neuroscience قدمت بعض الإجابات لهذه الأسئلة.

استخدم الفريق منهج جديد طوروه للكشف عن كيفية تغيير خلايا الدماغ الواقعة بالقرب من هذه البروتينات مع تقدم مرض الزهايمر في نماذج الفئران. سميت التقنية باسم ( STARmap PLUS) وهي أول رسم لخريطة التعبير الجيني للخلايا بشكل مستقل وموقعها في الوقت ذاته، بالإضافة إلى التوزيع المكاني لبروتينات محددة في عينات الأنسجة السليمة.

استخدم العلماء منهجهم لدراسة نسيج دماغ الفأر المصاب بالزهايمر في مرحلتين مختلفتين من المرض بدقة مكانية عالية. لاحظوا في المراحل المبكرة من المرض، نواة مركزية في لويحات البروتين النشواني محاطة بنوع من الخلايا المناعية في الدماغ تعرف بالخلايا الدبقية الصغيرة، والمعروفة بأنها تلعب دورًا في مرض الزهايمر. اتضح من الخلايا الدبقية الصغيرة الأقرب إلى اللويحات وجود مؤشرات وراثية رُبطت بالتنكس العصبي.

وجد العلماء أيضًا الطبقة الخارجية لنوعين آخرين من خلايا الدماغ والذين ظهروا لاحقًا في المرض. منحت بنية قشرة النواة هذه والاختلاف في التعبير الجيني للخلايا المحيطة بالبروتين العلماء صورة أوضح لكيفية استجابة الخلايا للبروتينات المترسبة في الدماغ- والأفكار التي يمكن أن تساعد العلماء في تقييم فعالية أدوية مرض الزهايمر الموجودة وتطوير الجديد منها.

قال مورغان شينغ، المؤلف المشارك في الدراسة والعضو الرئيسي في المعهد، وأستاذ علم الأعصاب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “في هذه الأنواع من الدراسات، يمكنك معرفة ما الذي يحدث تفصيلاً أكثر بكثير مما إذا نظرت فحسب للخلايا في النسيج الموجود بالعينات، والتي لم يعد لها سياق مكاني بعد الآن”.

وأضاف: “إنه بُعدًا جديدًا في علم الترنسكربيتوم (أحد فروع علم الأحياء الجزيئية يدرس جزيئيات الحمض الريبوزي المرسال)، وأعتقد أنه سيكون مؤثرًا حقًا”.

بنيت الدراسة على نسخة سابقة من هذه التقنية سميت باسم (STARmap) طورها شياو وانغ وهو مؤلف مشارك في الدراسة، وعضو رئيسي في المعهد، وأستاذ الكيمياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

قال وانغ: “يوجد تحسين كبير في تقنية (STARmap) لأننا يمكننا مشاركة خريطة ترنسكربيتوم بأكمله مع البروتين في نفس شرائح النسيج الآن، وتتشارك الكثير من الأمراض في التغيرات بموقع البروتين والتعديلات بعد النسخ”.

تعاون فريق هذا المشروع أيضًا مع علماء جينين تيك (Genentech) وكان يقوده أوائل المؤلفين المشاركين من مركز ستانلي وهم: هيو زينغ زميل ما بعد الدكتوراه، وجياهاو هوانغ طالب دراسات عليا، وهاون زهو باحث زائر.

رسم الخريطة

لتحليل عينات النسيج باستخدام تقنية (STARmap PLUS)، استخدم فريق وانغ المسبارات الجزيئية للكشف عن حمض ريبوزي مرسال محدد ومضاعفته كتسلسل حمض نووي. استخدموا أجسام مضادة أيضًا لتحديد وتصنيف بروتينات محددة، ثم عالجوا النسيج كيميائيًا لتثبيت الحمض النووي والبروتينات في مواضعهم الأصلية داخل الجل. وأخيرًا، استخدموا التسلسل والتصوير الموضعي لخلق خريطة ثلاثية الأبعاد من البروتينات المصنّفة، بالإضافة إلى التعبير عن أكثر من 2700 جين.

وجد العلماء هذه العلميات، كاستجابة الدماغ الالتهابية وتمايز الخلايا الدبقية الصغيرة مرتبطة بتقدم المرض. ورغم ملاحظة الباحثين الآخرين بنية قشرة النواة حول اللويحة سابقًا، ظهرت بيانات عن تعبير جيني جديد بأن الخلايا الدبقية الصغيرة كانت أكثر “تنشيطًا” لتحفيز الاستجابة الالتهابية بالقرب من اللويحة.

أوضح العلماء أن هذا يعني أنه من المحتمل تنشيط الخلايا الدبقية الصغيرة بالقرب من اللويحات، ومن الممكن توظيف الخلايا الأخرى لتكوين القشرة الخارجية المحيطة باللويحات، بدلاً من تنشيطها عن بُعد ثم الاقتراب. فهم متي، وأين، وكيفية تنشيط الخلايا الدبقية الصغيرة يمكن أن يكون جزءً مهمًا لفك شفرة دورها في هذا المرض.

قال وانغ إن الميزة الرئيسية لتقنية (STARmap PLUS) هي جمع معلومات لكلٍ من البروتين والتعبير الجيني من عينة واحدة مما يجعلها أسهل لمواءمة ومقارنة أنواع مختلفة من البيانات بدقة عالية. ويمكنها الكشف عن أقسام أصغر من الخلايا أيضًا والتي تساعد في تمييز كل خلايا على حدة حتى عندما يتزاحموا بكثافة معًا في الدماغ. تجدر الإشارة أن تقنية (STARmap PLUS) قابلة للتطوير لعمل خريطة بالبروتينات الأخرى أو حتى ترنسكربيتوم بأكمله.

ما بعد مرض الزهايمر

أشار الباحثون أن الخطوة التالية الأساسية هي استخدام المنهج لدراسة تقدم مرض الزهايمر في عينات نسيج دماغ الإنسان. سيساعد هذا في تحديد إلى أي مدى تمثل التغيرات الخلوية التي تحدث في نماذج الفئران ما يحدث لدى مرضى الزهايمر.

في النماذج الحيوانية، يمكن للعلماء استخدام المنهج للإجابة عن أسئلة استراتيجيات الأدوية الجديدة. فعلى سبيل المثال، إذا كانت الأجسام المضادة قادرة على الوصول إلى اللويحات وإزالتها، فهل ستعود الخلايا الدبقية الصغيرة المجاورة لحالتها غير النشطة وتبتعد عن اللويحات؟ هل سيمنع القضاء على اللويحات أو تثبيط الخلايا الدبقية الصغيرة التنكس العصبي المجاور؟

يمكن لتقنية (STARmap PLUS) مساعدة الباحثين أيضًا لفهم الأمراض الأخرى مثل: السرطان. ولمعرفة المزيد حول كيفية مهاجمة الخلايا المناعية للأورام مثلاً. يمكن للطريقة المساهمة في دراسات عن انفصام الشخصية وأمراض الدماغ الأخرى.

قال شينغ: “هناك نماذج فئران للطب النفسي والذي عرفنا من الدراسات الأخرى أنه هناك الكثير من الأحداث تحدث في أجزاء مختلفة من الدماغ”.

وأضاف: “إذا تمكنا من رؤية كل شيء دفعة واحدة، فسيكون أمرًا رائعًا”.

المصدر: https://neurosciencenews.com

ترجمة: منة الله محمود

لينكد إن: menna-mahmoud

مراجعة وتدقيق: زينب محمد