התפקיד הטיפוסי של הפרוטאזום, סילוק האשפה של התא, הוא לטחון חלבונים לחתיכות קטנות יותר ולמחזר חלק מהחלקים והחלקים הללו. זה עדיין המקרה, לרוב, אבל, חוקרי רפואת ג'ונס הופקינס, החוקרים תאי עצב שגדלו במעבדה ובעכברים, אומרים שתפקידו של הפרוטאזום עשוי לעבור הרבה מעבר לכך.
תפקידו הנוסף, אומרים החוקרים, עשוי לעבור מסדרן אשפה לשליח אותות בתאי עצב גנגליון שורשי הגב -; תאים המעבירים אותות תחושתיים מתאי עצב קרובים לעור למערכת העצבים המרכזית.
תוצאות הניסויים שלהם, שפורסמו ב-12 באפריל ב דוחות תאיםמראים כי פרוטאוזומים עשויים לעזור לאותם נוירונים מיוחדים לחוש את הסביבה הסובבת, לשלוח אותות זה לזה ואפשר להבדיל בין חישת כאב לגירוד, ממצא שיכול לעזור למדענים להבין טוב יותר את התהליכים התחושתיים הללו ומטרות חדשות לטיפול בכאב ובעיות חושיות אחרות.
נוירונים חיים זה ליד זה במשך זמן רב, והם צריכים דרכים לתקשר אחד עם השני על מה שהם עושים ומי הם. פרוטאוזומים בקרום הנוירונים עשויים לעזור לתאים לכוונן את תהליך העברת המסרים הזה".
סת' ס. מרגוליס, Ph.D., פרופסור חבר לכימיה ביולוגית, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס
"פרוטאוזומים הם יותר מסובכים ממה שהם נראים", אומר מרגוליס. הוא ועמיתיו מצאו לראשונה פרוטאזומים בקרומי הפלזמה של נוירונים של מערכת העצבים המרכזית בעכברים ב-2017, שאותם כינו פרוטאזומים של קרום עצבי, והמשיכו לחקור כיצד הפרוטאזומים המיוחדים הללו מקדמים העברת מסרים, או הצלבה, בין נוירונים.
באותה תקופה, ההתמקדות של מרגוליס הייתה במערכת העצבים המרכזית, המקיפה את המוח וחוט השדרה. אבל מאוחר יותר, הוא שיתף פעולה עם הנוירוביולוג אריק ויללון לנדרוס, Ph.D., פוסט-דוקטורט במעבדה של מרגוליס בג'ונס הופקינס, שעבודתו מתמקדת במערכת העצבים ההיקפית, רשת הנוירונים העוברת בשאר הגוף, קרוב יותר למערכת העצבים ההיקפית. עור, לכידת מידע חושי מהסביבה.
מרגוליס ו-Villalon Landeros תהו האם ניתן למצוא פרוטאזומים בנוירונים היקפיים, ואם כן, מה הם עשויים לעשות.
באמצעות נוגדנים של עכברים המדליקים על פרוטאזומים, ושיטות אחרות, החוקרים מצאו את הפרוטאזומים על פני השטח של נוירונים בחוט השדרה, גרעיני שורש הגב, עצב הסיאטי ועצבים היקפיים מעצבנים את העור.
החוקרים הצליחו גם למצוא פרוטאזומים באותו סוג של נוירונים היקפיים שגדלו בכלי תרבות מעבדה.
כדי להבין את תפקודו של הפרוטאזום בנוירונים תחושתיים היקפיים, החוקרים נתנו לעכברים ביוטין-אפוקסומיצין, מעכב פרוטאזום אטום לקרום התא החוסם את תפקודם של פרוטאוזומים של קרום עצבי. לאחר מכן, הם ביצעו בדיקות חושיות קלאסיות.
החוקרים גילו שהעכברים שקיבלו זריקות של התרופה חוסמת פרוטאוזום ביוטין-אפוקסומיצין בצד אחד של הגוף היו איטיים בין 25% ל-50% מהצד השני להגיב לבדיקות תחושתיות.
"זה מצביע על כך שהפרוטאוזומים הממברניים חשובים לתחושה, והם חייבים להקל על זה ברמת האיתות", אומר מרגוליס.
החוקרים השתמשו בטכנולוגיית ריצוף של תאים בודדים כדי לקבוע כי פרוטאוזומים ממברניים באו לידי ביטוי בתת-אוכלוסיה של נוירונים המעורבים בתחושת גירוד וידועים כרגישים להיסטמין, תרכובת של מערכת החיסון המשגרת תגובה של בעל חיים (כולל אנושי) לאלרגנים.
במנות תרבית מעבדה, החוקרים עוררו נוירונים הקשורים לגרד וגם שאינם קשורים לגירוד וחסמו את הפרוטאזומים הממברניים שלהם באמצעות ביוטין-אפוקסומיצין. זה הביא לשינויים בפעילות בכל התאים. "נראה לחסימת פרוטאזומים יש השפעה מווסתת פעילות על פני כל התאים, למרות שבא לידי ביטוי בתת-אוכלוסיה, מה שמרמז על כך שהפרוטאזומים מאפשרים סוג של דיבור צולב בין תאים אלה", אומר מרגוליס.
חוסמי פרוטאזום, כולל אחד הנקרא Velcade, משמשים כיום לטיפול בסוגים מסוימים של סרטן.
Villalón Landeros ומרגוליס מתכננים להמשיך לעבוד יחד כדי לקבוע כיצד פרוטאוזומים של קרום עצבי מתפקדים בנוירונים תחושתיים ובתחושת כאב מול גירוד. "אנחנו רוצים לראות אם אנחנו יכולים לתמרן פרוטאזומים של קרום עצבי כדי לקבל תוצאה שונה על תחושת כאב וגירוד", אומר ויללון לנדרוס.
מדענים נוספים שתרמו למחקר הם סמואל קו, טיילור צ'רץ', אנה ברנן, פוליה טורקר, מייקל דלנוי ומייקל קתרינה מג'ונס הופקינס.
המימון למחקר ניתן על ידי המכון הלאומי לבריאות (F32NS119202, R01 NS110754) ומענק מרקין נוירופתיה היקפית ומרכז התחדשות עצבים.
