فتح أسرار التشابك العصبي: دور بروتين FAM81A

ملخص: حدد الباحثون البروتين المهم، FAM81A، الذي يلعب دورًا محوريًا في تكوين تكتلات البروتين بعد المشبكي، وهو ضروري لوظيفة التشابك العصبي في الدماغ. من خلال تحليل 35 دراسة سابقة، اكتشف الفريق وجود FAM81A المستمر في كثافة ما بعد المشبكي، وهي بنية بروتينية معقدة حيوية لنقل الإشارات العصبية.

إن تفاعل هذا البروتين مع بروتينات ما بعد المشبكي الرئيسية ومشاركته في فصل الطور السائل عن السائل يؤكد أهميته في الحفاظ على النشاط التشابكي. لا تساهم النتائج في فهمنا للآليات التشابكية فحسب، بل تفتح أيضًا طرقًا جديدة لاستكشاف تطور الوظائف المعرفية في الفقاريات العليا والآثار المحتملة على الحالات العصبية والنفسية.

مفتاح الحقائق:

1. دور FAM81A الحاسم في المشابك العصبية: يتفاعل FAM81A مع البروتينات الرئيسية بعد المشبكي، وينظم تجميعها ويؤثر على وظيفة الخلايا العصبية.
2. التوصيف الشامل الأول: توفر هذه الدراسة أول توصيف كامل لـ FAM81A، مع تسليط الضوء على مشاركتها في تكوين الكثافة التشابكية ونشاطها.
3. رؤى تطورية: يشير الاختلاف التطوري بين FAM81A ومتماثلاته عبر الأنواع إلى دوره الفريد في الوظائف المعرفية لأدمغة الفقاريات العليا.

مصدر: جامعة كوبي

تم العثور على البروتين الذي يظهر في تكتلات البروتين بعد المشبكي ليكون حاسما في تكوينها. يحدد اكتشاف جامعة كوبي لاعبًا رئيسيًا جديدًا للوظيفة المتشابكة ويلقي الضوء الأول على دورها وتطورها الخلوي غير المميز حتى الآن.

ما يحدث في المشبك العصبي، وهو الاتصال بين خليتين عصبيتين، هو عامل رئيسي في وظيفة الدماغ. يتم نقل الإشارة من الخلايا العصبية قبل المشبكي إلى الخلايا العصبية بعد المشبكية عن طريق البروتينات ويمكن أن يؤدي عدم توازنها إلى حالات عصبية نفسية مثل الاكتئاب الشديد أو التوحد أو الاعتماد على الكحول.

ومع ذلك، نظرًا للتنوع الكبير في البروتينات الموجودة عند هذا التقاطع، لم تتم دراسة الكثير منها بعد، وغالبًا ما لا يكون من الواضح ما إذا كانت البروتينات التي تم العثور عليها سابقًا تنتمي بالفعل إلى هناك أم أنها مجرد شوائب ناتجة عن عملية التحليل.

هناك بنية واضحة بشكل خاص تقع مباشرة تحت الغشاء بعد المشبكي وهي ما يسمى “الكثافة بعد المشبكي”، وهي عبارة عن تكتل ربما الآلاف من البروتينات المختلفة.

لإلقاء بعض الضوء على كثافة ما بعد المشبكي، قام عالم الفيزيولوجيا العصبية بجامعة كوبي تاكومي تورو وفريقه أولاً بمقارنة 35 مجموعة بيانات من الدراسات السابقة حول هذه الظاهرة لمعرفة البروتينات غير المميزة التي تظهر باستمرار.

يوضح كايزوكا تاكيشي، المؤلف الأول للورقة البحثية: “لقد أنشأنا خط أنابيب تحليليًا لتوحيد ومواءمة هياكل البروتين في مجموعات البيانات المختلفة. وأدى ذلك إلى تحديد البروتين التشابكي سيئ الخصائص والذي تم اكتشافه في أكثر من 20 مجموعة من مجموعات البيانات هذه.

يشير هذا إلى أن البروتين، الذي يحمل العلامة FAM81A، ربما يكون ذا صلة بوظيفة البنية بأكملها، لذلك قام الفريق بتحليل تفاعلاته مع البروتينات الأخرى، وتوزيعه داخل الخلايا العصبية وحولها وتأثيره على شكل الخلايا العصبية ووظيفتها. آلية عملها وتطورها. باختصار، لقد أعطوا هذا البروتين وصفًا أوليًا كاملاً.

يلخص تاكومي نتائجهم المنشورة الآن في المجلة علم الأحياء PLoS“النتيجة المهمة هي أن FAM81A يتفاعل مع ثلاثة بروتينات رئيسية بعد المشبكي على الأقل وينظم تكثيفها. وهذا يشير إلى أن FAM81A هو عامل تنظيمي رئيسي في كثافة ما بعد المشبكي.

يمكن للمجموعة أن تؤكد أن FAM81A يسهل تكثيف البروتينات الرئيسية في عضية خالية من الغشاء من خلال فصل الطور السائل عن السائل، وهي عملية تستبعد فيها الجزيئات المتفاعلة بقوة عناصر الوسط المحيط، وأن غياب البروتين يؤدي إلى انخفاض كبير في مستوى البروتين. انخفاض النشاط في الخلايا العصبية مثقف.

يمتلك البشر نسختين مرتبطتين من الجين، FAM81A و FAM81B. ومع ذلك، في حين FAM81A يتم التعبير عنها في الدماغ، FAM81B يتم التعبير عنها فقط في الخصيتين. علاوة على ذلك، تمتلك الطيور والزواحف أيضًا نسختين من الجين، لكن البرمائيات والأسماك واللافقاريات لديها نسخة واحدة فقط، ولا يتم تحديد تعبيرها في نسيج واحد.

“من المثير للاهتمام أنه يبدو أن الحفظ التطوري لوظيفة FAM81A في المشبك العصبي محدود مقارنة بالجزيئات المتشابكة الأخرى، حيث لم يتم اكتشاف تماثل FAM81A في الأسماك في المشبك العصبي. ويشير هذا إلى أن FAM81A يمكن أن يكون بروتينًا رئيسيًا في فهم الوظائف المعرفية لأدمغة الفقاريات العليا.

لكن عملهم كان مجرد خطوة أولى. لفهم دور البروتين حقًا، من الضروري دراسة وظيفته في بيئة الدماغ المعقدة. وبالتالي، يريد فريق البحث في جامعة كوبي إنشاء نماذج من الفئران تفتقر إلى الجين FAM81A ودراسة ما يعنيه ذلك بالنسبة لوظيفة المشابك العصبية وسلوك الكائن الحي.

التمويل: تم دعم هذا البحث من قبل الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم (منحة JP16H06463، JP18K14830، JP22H04981، JP23H04233)، والوكالة اليابانية للعلوم والتكنولوجيا (JPMJMS2299)، ومؤسسة تاكيدا للعلوم.

وقد تم إجراؤه بالتعاون مع باحثين من جامعة إدنبرة، وجامعة كيوتو، وجامعة شيفيلد.

حول أخبار أبحاث علم الوراثة وعلم الأعصاب

مؤلف: دانيال شينز
مصدر: جامعة كوبي
اتصال: دانييل شينز – جامعة كوبي
صورة: تُنسب الصورة إلى أخبار علم الأعصاب

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“FAM81A هو بروتين ما بعد المشبكي الذي ينظم تكثيف بروتينات ما بعد المشبكي عن طريق فصل الطور السائل عن السائل.“بقلم تاكومي تورو وآخرون. بلوس علم الأحياء

خلاصة

FAM81A هو بروتين ما بعد المشبكي الذي ينظم تكثيف بروتينات ما بعد المشبكي عن طريق فصل الطور السائل عن السائل.

حددت التحليلات البروتينية لكثافة ما بعد المشبكي (PSD)، وهو تخصص بروتيني موجود أسفل الغشاء بعد المشبكي للمشابك العصبية المثيرة، عدة آلاف من البروتينات.

في حين تمت دراسة البروتينات ذات الوظائف التي يمكن التنبؤ بها جيدًا، إلا أنه يتم تجاهل البروتينات غير المميزة وظيفيًا في الغالب. في هذه الدراسة، أجرينا تحليلًا تلويًا شاملاً لـ 35 مجموعة بيانات بروتينية PSD، تشمل إجمالي 5869 بروتينًا.

وباستخدام منهجية التصنيف، حددنا 97 بروتينًا لا تزال غير موصوفة بشكل كافٍ. من هذا الاختيار، ركزنا تحليلنا التفصيلي على البروتين الأعلى مرتبة، FAM81A.

يتفاعل FAM81A مع بروتينات PSD، بما في ذلك مستقبلات PSD-95 وSynGAP وNMDA، ويعزز فصل الطور السائل عن السائل لتلك البروتينات في الخلايا المستنبتة أو في المختبر. يؤدي التنظيم السفلي لـ FAM81A في الخلايا العصبية المستزرعة إلى انخفاض في حجم نقاط PSD-95 وتواتر إطلاق الخلايا العصبية.

تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن FAM81A يلعب دورًا حاسمًا في تسهيل تفاعل وتجميع البروتينات داخل PSD، وأن وجوده مهم للحفاظ على الوظيفة التشابكية الطبيعية.

بالإضافة إلى ذلك، تؤكد منهجيتنا على ضرورة مواصلة توصيف العديد من البروتينات المتشابكة التي لا تزال تفتقر إلى الفهم الشامل.