يتم الكشف عن العمل الداخلي السري للخلايا من خلال سلاسل “الذاكرة” ذاتية التجميع
(يفتح في علامة تبويب جديدة)
قام الباحثون بإقناع خلايا دماغ الفأر بإنتاج سلاسل بروتينية ذاتية التجميع يمكنها تسجيل المعلومات أو “الذكريات” حول العمليات الخفية التي تحدث داخل الخلايا. بمجرد تكوين هذه الصناديق البيولوجية السوداء بالكامل ، يمكن قراءتها بسهولة باستخدام مجهر ضوئي ، والذي يمكن أن يحدث ثورة في كيفية دراسة العلماء للعمليات الخلوية والأمراض التي تؤثر عليها.
الخلايا هي محاور للنشاط المستمر ، تنفذ المهام اليومية الحاسمة التي تحافظ على الكائنات الحية على قيد الحياة. يتم تنسيق هذا النشاط من خلال “أحداث خلوية” محددة ، مثل التعبير عن جينات معينة أو إطلاق مسارات خلوية ، أو سلسلة من التفاعلات بين الجزيئات في الخلية التي تؤدي إلى منتج معين أو تغيير في الخلية. لكن فهم كيفية حدوث هذه الأحداث الخلوية بالضبط قد يكون أمرًا صعبًا.
عن طريق تصوير البروتينات ، RNA أو غيرها من الجزيئات التي تم إنشاؤها أثناء هذه الأحداث داخل الخلايا ، فقد تعلم العلماء كيفية عمل معظم الأحداث الخلوية. ومع ذلك ، توفر هذه الطريقة لقطة موجزة فقط للحدث. وعلى الرغم من أنه يمكن تجميع هذه اللقطات معًا لتشكيل صورة فضفاضة ، فمن المحتمل أن يفوت العلماء الكثير مما يحدث بالفعل.
في دراسة جديدة نشرت في 2 يناير في المجلة التكنولوجيا الحيوية الطبيعة (يفتح في علامة تبويب جديدة)، قام الباحثون بتغيير الخلايا العصبية للفأر وراثيًا لإنشاء جداول زمنية مادية لهذه الأحداث. المخترق مخ تنتج الخلايا باستمرار وحدات فرعية متطابقة من البروتين الفلوري ، والتي يتم تجميعها بشكل طبيعي في سلسلة طويلة. عند حدوث أحداث خلوية مهمة – مثل تشغيل جين معين – ، تم إنتاج وحدة فرعية بديلة بواسطة الخلايا بدلاً من ذلك وتمت إضافتها إلى السلسلة بدلاً من الوحدة الفرعية المتكررة الطبيعية. سمح ذلك للباحثين بالعودة وإلقاء نظرة على السلاسل ليروا بالضبط متى حدثت هذه الأحداث الخلوية.
“إنها ليست مجرد لقطة في الوقت المناسب ، ولكنها تسجل أيضًا التاريخ الماضي” ، كما قال المؤلف الرئيسي للدراسة تشانغيانغ لينغو (يفتح في علامة تبويب جديدة)قال عالم أحياء الخلايا بجامعة ميتشيغان في بيان. “تمامًا مثل الطريقة التي يمكن بها لحلقات الأشجار تخزين المعلومات بشكل دائم بمرور الوقت مع نمو الخشب.”
متعلق ب: كشف نموذج جديد عن إمكانية وجود خلايا دماغ اصطناعية تخزن “الذكريات”
خلال التجارب الجديدة ، قام الباحثون بتنمية ثقافات الخلايا العصبية للفأر المعدلة وراثيًا في أطباق بتري. كانت خلايا الدماغ المخترقة قادرة على إنتاج وحدتين فرعيتين من البروتين: HA ، التي تنتجها الخلية باستمرار ، و V5 ، الذي تم إنتاجه بدلاً من HA في كل مرة يتم فيها تنشيط جين يسمى c-Fos – والذي يتم تنشيطه في الخلايا العصبية عندما تتشكل الذكريات في الفئران والبشر – تم تشغيله.
كل من الوحدتين الفرعيتين ، اللتين لم يتم إنتاجهما بواسطة عصبونات الفئران العادية ، كان لها لون فريد من نوعه جسم مضاد متصل عبر ببتيد قصير يعرف باسم علامة حلقية ، مما يجعل من السهل التفريق تحت المجهر. كان للوحدة الفرعية HA علامة زرقاء ، وكان للجسم المضاد V5 علامة وردية اللون. لذلك بدت السلاسل الناتجة مثل الخطوط الزرقاء الطويلة ، مع رش القسم الوردي العرضي في كل مرة يتم فيها تنشيط جين c-Fos. سمح ذلك للباحثين بحساب عدد المرات التي تم فيها تنشيط الجين c-Fos ومقدار الوقت المنقضي بين كل تنشيط.
(يفتح في علامة تبويب جديدة)
من حيث المبدأ ، إذا تم تطبيق نفس الطريقة على الخلايا العصبية من البشر ، فقد تسمح للباحثين بمعرفة كيف ومتى يشكل الناس ذكريات جديدة ، والتي يمكن استخدامها للمساعدة في دراسة الحالات العصبية مثل الخرف. ومع ذلك ، فإن هذه الدراسة ليست سوى إثبات للمفهوم وستستغرق سنوات ، إن لم يكن عقودًا ، قبل أن يتم استخدام سلاسل البروتين في بيئة سريرية.
بالإضافة إلى ذلك ، يعتقد الفريق أنه يمكن استخدام هذه الطريقة في النهاية في أي نوع من الخلايا لإنشاء جداول زمنية لتاريخ تنشيط جينات مختلفة متعددة. قال الباحثون إنه يمكن أيضًا إنتاج وحدات فرعية إضافية لأحداث خلوية أخرى ، مما قد يكشف عن الأعمال الداخلية المخفية لأي نوع من الخلايا تقريبًا وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض ، وهو ما يمكن أن يغير قواعد اللعبة في الطب.
ومع ذلك ، هناك قيد رئيسي واحد على سلاسل الذاكرة: يمكن أن تنمو فقط طالما أن الخلية واسعة. بمجرد أن تصطدم السلسلة بداخل جدار الخلية ، لم يتبق لها مكان لتذهب إليه وستبدأ في التشابك وغير المقروء.
خلال التجارب ، أنشأ الباحثون سلاسل ذاكرة على مدى يومين تقريبًا قبل أن تصطدم بجدار الخلية. تم التقاط صور مجهرية قبل حدوث ذلك مباشرة للحفاظ على البيانات.
من الناحية النظرية ، يمكن تقليل معدل إضافة الوحدات الفرعية إلى السلاسل بحيث تظل السلسلة النهائية بنفس الطول ولكنها تستغرق وقتًا أطول لتكوينها ، وهو ما قد يسمح بدوره للباحثين بتسجيل أحداث أكثر تحديدًا ، كما قال Linghu. . وأضاف أن القيام بذلك سيقلل من دقة الجدول الزمني لأنه سيكون هناك المزيد من عدم اليقين بشأن موعد وقوع الحدث بالضبط.
