לתאי עצב יש אסטרטגיות מדהימות לחיסכון באנרגיה ועדיין לבצע את החשובות ביותר במשימות שלהם. חוקרים מבית החולים האוניברסיטאי בון (UKB) ואוניברסיטת בון, כמו גם המרכז הרפואי האוניברסיטאי גטינגן, מצאו כי תוכנית שימור האנרגיה העצבית קובעת את המיקום ומספר ה- RNA של המסנג'ר (mRNA) וחלבונים, והיא שונה באורך, אריכות ימים ותכונות אחרות של המולקולה המתאימה. היצירה פורסמה כעת בכתב העת "Nature Communications".
כולנו חווינו את הצורך לחסוך אנרגיה בשנים האחרונות. לשם כך, כולנו היינו צריכים להמציא אסטרטגיות כדי לחסוך אנרגיה תוך כדי עונות על הצרכים החשובים ביותר שלנו. "תאי העצב שלנו מתמודדים עם דילמה דומה: הם צריכים לספק את הסינפסות שלהם באותו זמן, הם צריכים להעביר את החלבונים על פני מרחקים ארוכים לסינפסות וגם לשים לב לתקציב האנרגיה שלהם. שאל צוות המחקר שהובל על ידי הסופר המקביל פרופ 'טטיג'נה טצ'ומצ'נקו, מנהיג קבוצת המחקר במכון לאפילפטולוגיה ניסיונית ומחקר קוגניציה ב- UKB וחבר בתחומי המחקר הטרנס -תחומי (TRA) "חיים ובריאות" ו"מודלים "ב- אוניברסיטת בון.
מדדים לחיסכון באנרגיה מסבירים התפלגות חלבון
למרות גודלו הקטן יחסית, המוח צורך כ -20 אחוז מכלל האנרגיה של הגוף. כמו בכל התאים, פונקציות עצביות נתונות לאילוצי אנרגיה קפדניים, אשר בולטים במיוחד במוח בגלל דרישות האנרגיה הגבוהות שלו. צוות המחקר הצליח להראות כי הסינתזה והשפלות של כל המולקולות העצביות מייצגות הוצאות אנרגיה סלולריות גבוהות במיוחד ולכן דורשת אמצעים לחיסכון באנרגיה. כל התאים, כולל נוירונים, דורשים חלבונים לתפקד כראוי. אלה מיוצרים בתהליך המכונה ביטוי גנים, בו מועתק המידע הרלוונטי מגן ל- RNA של Messenger (mRNA). לאחר מכן מתורגמים ה- mRNA הבוגר לחלבון הנדרש. הודות להתקדמות בביוכימיה ובמיקרוסקופיה, כעת ניתן למפות במדויק את המיקום של עותקי mRNA בודדים ואת החלבונים המתאימים בתאים ולכמת את המספר עבור אלפי מיני mRNA וחלבון. לראשונה זה מאפשר לחוקרים ללמוד עקרונות ארגוניים מורכבים השולטים בדפוסי ביטוי גנים מרחביים וחלים על כל סוגי המולקולות.
צוות המחקר שילב נתונים ניסיוניים של יותר מעשרה מסכי mRNA בקנה מידה גדול ופרוטאומיקה הכוללים עשרות אלפי מינים מולקולריים.
מצאנו כי הכונן לשמירה על אנרגיה קובע mRNA ומספר חלבון ומיקום, ומשפיע על כל מין מולקולרי באופן שונה בהתאם לאורך, החיים ותכונות אחרות של המולקולה. "
קורנליוס ברגמן, מחבר ראשון, סטודנט לתואר שלישי, באוניברסיטת בון במכון לאפילפטולוגיה ניסיונית ומחקר קוגניציה ב- UKB
התוצאות מראות כי העלויות האנרגטיות לסינתזה, הובלה והשפלת מולקולות, הלוקליזציה המרחבית שלהן והמספר הכולל מוגבלות לפתרונות חסכוניים באנרגיה.
"אם חלבונים קצרי מועד מסוימים היו מסונתזים בגוף התא, חלק גדול מהם לא היה מגיע לחיים בסינפסות בגלל זמן הנסיעה הארוך", מוסיף פרופ 'צ'ומצ'נקו. "זה יהיה בזבוז של אנרגיה על חלבונים שאינם יכולים למלא את משימתם."
חישובי המודל במחקר הנוכחי מראים שלפיכך עדיף חלבונים מסונתזים בתוספים המסועפים והמחודדים של תא עצב, מה שמכונה הדנדריטים, אם אובדן האנרגיה "בדרך" מגוף התא לסינפסות גדול יותר מאשר האנרגיה הנדרשת להעברת ה- mRNA לדנדריטים.
נקודת מבט חדשה על מחקרי ביטוי גנים
עם זאת, ממצאי צוות המחקר חורגים משימור אנרגיה. "התוצאות שלנו שופכות אור על העקרונות הארגוניים של ביטוי גנים בתאים הפועלים על פני מינים מולקולריים שונים וחורגים מנגנוני רגולציה פרטניים,"אומר המחבר המשותף פרופ 'סילביו ריזולי, מנהל המחלקה לפיזיולוגיה נוירו-וחושית במרכז הרפואי האוניברסיטאי גטינגן, דובר המרכז להדמיה ביו-מבנית של התנוונות עצבית (BIN) וחבר באשכול הצטיינות" הדמיה רב-ביולוגית: ביו-הדמיה רב-ביולוגית: ביו-הדמיה רב-סמלית: "אומר ביו-דימוס רב-סמטי:" אומר רב-ביולוגי רב-סמטי רב-סמטי רב-סמטי רב-סמטי רב-סמטי רב-סמטי רב-סמטי רב רב-סמטי רב-סמטי: "אומר" אומר MultiScale ":" ממכונות מולקולריות לרשתות של תאים נרגשים "(MBEXC).
התוצאה המפתיעה ביותר עבור צוות המחקר הייתה כי לתכונות הפיזיות של חלבונים, כמו אורך או חיים, ולא תפקידם הספציפי, משפיעים כה חזקה על תקציב האנרגיה ובכך על אתר הסינתזה שלהם. מחבר משותף קנאאן מוסאי, דוקטורנט של האוניברסיטה בון במכון לחקר האפילפטולוגיה והקוגניציה הניסיונית ב- UKB, מדגיש: "המודל שלנו מציע נקודת מבט חדשה לתאם בין עשרות מערכי נתונים קיימים ממעבדות שונות. "
