پژوهشی جدید نشان میدهد سفتی بافت مغز میتواند در طی رشد، به تنظیم سیگنالهای شیمیایی کمک کند. این یافته، پیوندی غیرمنتظره میان نیروهای فیزیکی و فرایند سازماندهی شبکههای عصبی را برجسته میسازد.
دهههاست دانشمندان میدانند که سیگنالهای شیمیایی از جمله گرادیانهای مولکولهای پیامرسان—نقشی محوری در هدایت نحوه رشد و سازمانیابی بافتها دارند. در سالهای اخیر نیز پژوهشها نشان دادهاند عوامل فیزیکی، مانند میزان سفتی یا نرمی بافت، بهطور مستقیم بر رفتار سلولها اثر میگذارند.
با این حال، تاکنون روشن نبود که این اثرات مکانیکی چگونه با سیگنالهای شیمیایی تعامل میکنند تا رشد را بهصورت هماهنگ هدایت کنند.
پژوهشگرانی از مرکز ماکسپلانک برای فیزیک و پزشکی (MPZPM)، دانشگاه فریدریش-الکساندر ارلانگن–نورنبرگ (FAU) و دانشگاه کمبریج سازوکارهای بنیادیِ مؤثر در مغز در حال رشد را شناسایی کردهاند. این گروه با بهرهگیری از Xenopus laevis (قورباغه پنجهدار آفریقایی) بهعنوان یک مدل شناختهشده، نشان دادند که سفتی بافت بیان برخی نشانههای شیمیایی کلیدی را تنظیم میکند و این فرایند تحت کنترل پروتئین حساس به نیروهای مکانیکی Piezo1 قرار دارد.
تیم پژوهشی به سرپرستی پروفسور کریستیان فرانتسه دریافت که افزایش سفتی بافت موجب القای بیان سیگنالهای شیمیاییای میشود که معمولاً در آن نواحی دیده نمیشوند. یکی از این سیگنالها سمافورین 3A (Semaphorin 3A) است. نکته مهم آن بود که این پاسخ تنها زمانی مشاهده شد که سطح Piezo1 به اندازه کافی بالا بود.
اِوا پیِلای، همسرپرست مطالعه و پژوهشگر پسادکتری در آزمایشگاه زیستشناسی مولکولی اروپا (EMBL)، گفت:
«ما انتظار نداشتیم Piezo1 هم بهعنوان حسگر نیرو عمل کند و هم چشمانداز شیمیایی مغز را شکل دهد. این پروتئین تنها نیروهای مکانیکی را تشخیص نمیدهد؛ بلکه به شکلگیری سیگنالهای شیمیاییای نیز کمک میکند که نحوه رشد نورونها را هدایت میکنند. چنین ارتباطی میان جنبههای فیزیکی و شیمیایی مغز، افق تازهای برای فهم رشد آن پیش روی ما میگشاید.»
کاهش سطح Piezo1 صرفاً سیگنالدهی شیمیایی را تحت تأثیر قرار نداد. پژوهشگران همچنین تغییراتی را در پایداری فیزیکی بافت مشاهده کردند. پایین آمدن مقدار Piezo1 با کاهش سطح پروتئینهای مهم چسبندگی سلولی، از جمله NCAM1 و N-cadherin همراه بود. این پروتئینها برای حفظ اتصالات محکم میان سلولهای مجاور ضروریاند و به یکپارچگی و انسجام بافت کمک میکنند.
سودیپتا موکرجی، همسرپرست مطالعه و پژوهشگر پسادکتری در FAU و MPZPM، گفت:
«نکته هیجانانگیز این است که Piezo1 تنها به نورونها کمک نمیکند تا محیط خود را حس کنند؛ بلکه به ساختن آن نیز کمک میکند. Piezo1 با تنظیم سطح این پروتئینهای چسبندگی، اتصال سلولها را حفظ میکند؛ امری که برای معماری پایدار بافت ضروری است. پایداری محیط نیز به نوبه خود بر محیط شیمیایی اثر میگذارد.»
بر اساس این مطالعه، Piezo1 دو نقش نزدیک به هم ایفا میکند: از یک سو حسگری است که نیروهای مکانیکی بافت اطراف را به پاسخهای سلولی تبدیل میکند؛ و از سوی دیگر با تقویت اتصالات سلولبهسلول، به حفظ و شکلدهی ویژگیهای مکانیکی همان بافت کمک میکند.
اهمیت این یافتهها فراتر از زیستشناسی تکوینیِ مغز است. خطا در هدایت نورونها با برخی اختلالات مادرزادی و اختلالات رشد عصبی ارتباط دارد و سفتی غیرطبیعی بافت نیز در بیماریهایی مانند سرطان نقشآفرین است. این پژوهش با نشان دادن اینکه شرایط مکانیکی میتوانند بهطور فعال سیگنالدهی شیمیایی را تنظیم کنند، مسیرهای تازهای برای فهم رشد و بیماری پیشنهاد میدهد.
پروفسور کریستیان فرانتسه، نویسنده ارشد، گفت:
«کار ما نشان میدهد محیط مکانیکی مغز صرفاً یک پسزمینه نیست؛ بلکه هدایتکنندهای فعال در رشد است. این محیط، عملکرد سلول را نهفقط بهطور مستقیم، بلکه بهطور غیرمستقیم و از طریق تعدیل چشمانداز شیمیایی نیز تنظیم میکند. این مطالعه میتواند به تغییر پارادایمی در نگاه ما به سیگنالهای شیمیایی منجر شود و پیامدهایی برای طیفی از فرایندها رشد اولیه جنینی تا بازسازی و بیماری ،داشته باشد.»
نتایج همچنین نشان میدهد تغییرات سفتی بافت قادر است سیگنالدهی شیمیایی را در فواصل طولانی تحت تأثیر قرار دهد و سلولهایی را تغییر دهد که دور از محل ایجاد محرک مکانیکی قرار دارند. در مجموع، این یافتهها نیروهای مکانیکی را بهعنوان محرکهایی قدرتمند در رشد و عملکرد اندامها برجسته میکنند.
با ما تماس بگیرید