نقش پروتئین‌ها در ارتباطات عصبی و پردازش اطلاعات

قابلیت‌های شناختی ما با این مساله قابل بررسی است که سیناپس‌ها بین سلول‌های مغز چگونه سیگنال‌ها را انتقال می‌دهند. مطالعه‌ی جدیدی که محققان موسسه‌ی یادگیری و حافظه‌ی پیکووِر در MIT انجام دادند، به شکل جامعی به بررسی آن دسته از ساز و کارهای مولکولی می‌پردازد که انتقال سیناپسی را مقدور می‌سازند.

هدف از این کار، نشان دادن نقش متمایز پروتئینی است که در صورت جهش، می‌تواند در بروز نوعی ناتوانی ذهنی نقش داشته باشد. این پروتئین کلیدی موسوم به «SAP102» یکی از چهار عضو خانواده‌ی پروتئین «PSD-MAGUK» است که انتقال و جای‌گذاری گیرنده‌های کلیدی «AMRAP» را در انتهای گیرنده‌ی سیناپس تنظیم می‌کند. اما اینکه هر کدام از اعضای این خانواده در هنگامی که مغز تا بلوغ رشد می‌کند، چگونه عمل می‌کنند، هنوز به خوبی درک نشده است. مطالعه‌ی جدیدی که در مجله «Neurophysiology» منتشر شد، نشان می‌دهد که SAP102 و سایر اعضای خانواده مثل «PSD-95» به شیوه‌های متفاوتی عمل می‌کنند؛ انتظار می‌رود این ویژگی در پیش‌برد ظرفیت شناختی پستانداران و سایر مهره‌داران موثر بوده باشد.

«ویفنگ ژو» نویسنده‌ی ارشد و استادیار در دپارتمان علوم شناختی و مغز MIT به همراه «مینیا لیو» محقق و دانشجوی فوق دکتری در دانشگاه ویرجینیا، در مقاله‌ی خود این چنین نوشته‌اند: «نتایج ما نشان می‌دهد که PSD-95 و SAP102 کارکرد گیرنده‌های AMPAR را به شیوه‌های مختلفی تنظیم می‌کنند. مطالعه‌ی حاضر در آزمایشگاه دانشگاه ویرجینیا بر آن است تا عوامل مولکولی دخیل در تنظیم انتقال سیناپسی و شناخت را مورد بررسی قرار دهد. ما برای نخستین‌بار نشان دادیم که PSD-95 و SAP102 اثرات متفاوتی بر ویژگی‌های جنبشی جریان‌های AMPAR می‌گذارند.»

در یکی از آزمایش‌های کلیدی بر روی بخش هیپوکامپ مغز موش‌ها، محققان دریافتند که اگر چه سرکوب PSD-95 باعث کاهش بزرگی و بسامد جریان AMPAR می‌شود، اما در صورتی که PSD-95 با شکل متفاوتی مثل PSD-95alpha یا SAP102 جایگزین شود، می‌توان آن‌ها را احیا کرد. محققان با استفاده از ویروسی برای جایگزینی، اقدام به این دست‌کاری کردند. روش مورد استفاده آنان، «جایگزینی مولکولی» نام دارد که آقای ژو آن‌را طراحی کرده است. اما دو پروتئین مذکور قابل معاوضه با یکدیگر نیستند. در مقایسه با نورون‌های کنترل که PSD-95 عادی دارند یا سلول‌هایی که در آن‌ها PSD-94 با PSD-95alpha تعویض شده است، سلول‌هایی که در آن‌ها PSD95 با SAP102 عوض شده بود، از ویژگی‌های جنبشی AMPAR متفاوتی برخوردار بودند؛ یعنی اِتمام جریان‌ها به مدت زمان زیادی نیاز دارد. این اختلاف زمانیِ ناشی از SAP102 می‌تواند تفاوت مهمی در چگونگی عملکرد سیناپس‌ها در تاثیرگذاری بر شناخت ایجاد کند.

محققان توضیح دادند: «این داده‌ها نشان داد که PSD-95alpha و SAP102 اثرات متفاوتی بر زمان اتمام جریان‌های سیناپسی AMPAR می‌گذارند و این کار پیامدهای مختلفی برای پردازش اطلاعات عصبی دارد.» در یکی دیگر از مجموعه آزمایش‌ها، گروه محققان نشان دادند که SAP102 منحصراً به پروتئین دیگری به نام «CNIH-2» بستگی دارد. سرکوب این پروتئین هیچ تاثیری بر جریان‌های AMPAR نداشت، اما وقتی محققان این پروتئین را در زمان جایگذاری PSD-95 با PSD-95alpha یا SAP102 سرکوب کردند، مشخص شد که SAP102 دیگر نمی‌تواند جریان‌ها را احیا کند. افزون بر این، سرکوب CNIH-2 هیچ تاثیری بر نجات جریان‌های AMPAR نداشت.

محققان همچنین اعلام کردند: «داده‌ها حاکی از آن بود که تاثیر SAP102 بر جریان‌های سیناپسی AMPAR به پروتئین CNIH-2 بستگی دارد؛ یعنی SAP102 و PSD-95alpha مجموعه های AMPAR متفاوتی را تنظیم می‌کنند.» روی هم‌رفته، یافته‌ها گویای آن است که تنوع در تنظیم AMPAR به تفاوت‌هایی در زمان‌بندی جریان در سیناپس‌ها منجر می‌گردد که به لحاظ شناختی حائز اهمیت هستند.