שרירי הזרוע שלנו ותאי המוח שלנו עשויים להיות יותר משותפים ממה שחשבו בעבר.
מחקרים חדשים בהובלת מעבדת Lippincott-Schwartz מראים כי רשת של מבנים תת-תאיים הדומים לאלו האחראים להפצת אותות מולקולריים הגורמים לשרירים אחראים גם להעברת אותות במוח שעשויים להקל על הלמידה והזיכרון.
איינשטיין אמר שכאשר הוא משתמש במוחו, זה כאילו הוא משתמש בשריר, ומבחינה זו יש כאן קצת הקבלה. אותה מכונות פועלות בשני המקרים אך עם קריאות שונות. "
ג'ניפר ליפינקוט-שוורץ, מנהיגת הקבוצה הבכירה של ג'נליה
הרמז הראשון לגבי הקשר האפשרי בין תאי מוח לשריר הגיע כאשר מדעני ג'נליה הבחינו במשהו מוזר בתכנית האנדופלסמטית, או ER – הסדינים הממברניים ומתקפלים בתוך תאים שהם מכריעים לתפקודים סלולריים רבים.
לורנה בנדטי, מדענית מחקר במעבדת ליפינקוט-שוורץ, עקבה אחר מולקולות ברזולוציה גבוהה לאורך פני המיון בנוירונים של יונקים כשראתה שהמולקולות מתחקות אחר דפוס חוזר, דמוי סולם לאורך כל הדנדריטים -הרחבות דמויי הענף על תאי מוח המקבלים אותות נכנסים.
בערך באותה תקופה, מנהיג הקבוצה הבכיר סטפן סאלפלד התריע בפני ליפינקוט-שוורץ לתמונות מיקרוסקופיה אלקטרונית תלת-ממדית ברזולוציה גבוהה ברזולוציה גבוהה של נוירונים במוח הזבוב, שם גם נוצר המבנים הרווחים באופן קבוע.
המיון בדרך כלל מופיע כמו רשת ענקית ודינאמית, כך שברגע שליפינקוטוט-שוורץ ראתה את המבנים, היא ידעה שהמעבדה שלה צריכה להבין למה הם נועדו.
"במדע, המבנה הוא פונקציה", אומר ליפינקוטוט-שוורץ, העומד בראש תחום המחקר הפיזיולוגיה הסלולרית של ג'נליה. "זהו מבנה יוצא דופן ויפה שאנו רואים בכל הדנדריט כולו, כך שרק הייתה לנו התחושה הזו שהיא חייבת להיות בעלת פונקציה חשובה כלשהי."
החוקרים, בראשות בנדטי, התחיל על ידי התבוננות באזור היחיד האחר בגוף הידוע שיש לו מבנים דומים לדומה לסולם: רקמת שריר. בתאי שריר, ה- ER וממברנה הפלזמה – הממברנה החיצונית של התא – נפגשים באתרי מגע תקופתיים, סידור הנשלט על ידי מולקולה הנקראת Junctophilin.
באמצעות הדמיה ברזולוציה גבוהה, החוקרים גילו כי דנדריטים מכילים גם סוג של צונקופילין השולט באתרי מגע בין קרום ה- ER שלהם לבין קרום הפלזמה. יתרה מזאת, הצוות מצא כי אותה מכונות מולקולריות השולטות על שחרור סידן באתרי מגע של תאי שרירים – שם סידן מניע התכווצות שרירים – היה גם באתרי מגע של דנדריט – שם סידן מווסת את האיתות העצבי.
בגלל הרמזים הללו, החוקרים היו בעלי חריגה כי המכונות המולקולריות באתרי המגע הדנדריטים חייבים להיות חשובים גם להעברת אותות סידן, בהם התאים משתמשים כדי לתקשר. הם חשדו כי אתרי המגע לאורך הדנדריטים עשויים להתנהג כמו משחזר במכונת טלגרף: קבלה, הגברה והפיץ אותות על פני מרחקים ארוכים. בנוירונים זה יכול להסביר כיצד האותות שהתקבלו באתרים ספציפיים בדנדריטים מועברים לגוף התא מאות מיקרומטר משם.
"איך המידע הזה עובר למרחקים ארוכים וכיצד מוגבר באופן ספציפי אות הסידן באופן ספציפי", אומר בנדטי. "חשבנו ש- ER יכולה למלא את התפקיד הזה, וכי אתרי מגע אלה המופצים באופן קבוע הם מגברים מקומיים מרחביים וזמניים: הם יכולים לקבל את אות הסידן הזה, להגביר באופן מקומי את אות הסידן הזה ולהעביר את אות הסידן הזה למרחק."
החוקרים מצאו כי תהליך זה מופעל כאשר אות עצבי גורם לסידן להיכנס לדנדריט דרך חלבוני תעלות יון מגודרות מתח, הממוקמות באתרי המגע. למרות שאות סידן ראשוני זה מתפוגג במהירות, הוא מפעיל את שחרור הסידן הנוסף מ- ER באתר המגע.
זרם זה של סידן באתר המגע מושך ומפעיל קינאז בשם Camkii, חלבון הידוע שהוא חשוב בזיכרון. CAMKII משנה את המאפיינים הביוכימיים של קרום הפלזמה, ומשנה את חוזק האות המועבר לקרום הפלזמה.
תהליך זה ממשיך מאתר מגע לאתר יצירת קשר לאורך כל הדנדריט לגוף התא, שם הנוירון מחליט כיצד הוא יתקשר עם נוירונים אחרים.
המחקר החדש חושף מנגנון חדש להעברת אות בתאי המוח ומסייע לענות על שאלה פתוחה במדעי המוח לגבי האופן בו אותות תוך -תאיים נוסעים על פני מרחקים ארוכים בנוירונים, ומאפשר לעבד מידע מתקבל באתרים ספציפיים בדנדריטים במוח.
זה גם שופך אור על המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס הפלסטיות הסינפטית – התחזקות או היחלשותם של חיבורים עצביים המאפשרים למידה וזיכרון. להבין תהליך זה ברמה המולקולרית עשויה להגביר את ההבנה כיצד המוח עובד כרגיל ובמחלות בהן תהליכים אלה משתבשים, כמו אלצהיימר.
"אנו מראים שמבנה-מבנה יפהפה-הפועל ברמה של ארגון תת-תאי משפיע באופן עצום על האופן בו מערכת העצבית כולה פועלת מול איתות סידן," אומר ליפינקוט-שוורץ. "זו דוגמה נהדרת לאופן בו, בעשיית מדע, אם אתה רואה מבנה יפה, זה יכול לקחת אותך לעולם חדש לגמרי."
