دانشمندان کشف کردهاند که چگونه مولکولی به نام Spermine که بهطور طبیعی توسط بدن تولید میشود، به سلولها کمک میکند تا تجمع پروتئینهای سمی مرتبط با آلزایمر و پارکینسون را خنثی کنند.
این مولکول با تشویق این رشتههای مضر به خوشهشدن (مانند جمع شدن پنیر در میان رشتههای اسپاگتی)، سلولها را قادر میسازد تا راحتتر آنها را از طریق اتوفاژی (Autophagy) بازیافت و حذف کنند.
آزمایشها روی نماتودهای ریز نشان میدهد که این مولکول باعث افزایش طول عمر، بهبود تحرک و سلامت میتوکندری در این موجودات میشود که این موضوع، به نقش گستردهتر آن در حفاظت از مغزِ در حال پیری اشاره دارد. این یافتهها، پایه و اساس امیدوارکنندهای را برای درمانهای آینده فراهم میکند که از این سیستم دفاعی طبیعی استفاده کرده یا آن را تقویت میکنند.
نقش اسپرمین در حفاظت از مغز
محققان در «مؤسسه پل شِرِر» (PSI) کشف کردهاند که چگونه اسپرمین (Spermine)، مولکولی کوچک که در بسیاری از عملکردهای سلولی دخیل است، به دفاع از بدن در برابر بیماریهایی مانند آلزایمر و پارکینسون کمک میکند. این مولکول با تشویق پروتئینهای مضر خاص به خوشهشدن (مانند پنیر که رشتههای ماکارونی را به هم وصل میکند)، آنها را خنثی میکند. این اثر خوشهسازی، خطرناک بودن پروتئینها را کاهش میدهد. این پژوهش که اکنون در مجله Nature Communications گزارش شده است، مسیر جدید بالقوهای را برای مبارزه با این بیماریها برجسته میکند.
افزایش طول عمر و افزایش ریسک بیماریهای تخریبکننده عصبی
با طولانیتر شدن عمر انسانها، اختلالات مرتبط با پیری از جمله آلزایمر و پارکینسون گستردهتر میشوند. این بیماریها زمانی بروز میکنند که پروتئینهای «آمیلوئید» با تاخوردگی اشتباه، در مغز انباشته میشوند و ساختارهایی رشتهمانند و بلند تشکیل میدهند که اغلب به اسپاگتی تشبیه میشوند. در حال حاضر، هیچ درمان مؤثری وجود ندارد که بتواند به طور مطمئن از این رسوبات آسیبزا جلوگیری یا آنها را حذف کند.
چگونه اسپرمین از سلامت سلولی حمایت میکند؟
مولکولی که بهطور طبیعی وجود دارد و «اسپرمین» نامیده میشود، ممکن است فرصتهای جدیدی را ارائه دهد. در مطالعات آزمایشگاهی به رهبری «جینگهویی لو» در «مرکز علوم زیستی PSI»، اسپرمین طول عمر کرمهای نماتود را افزایش داد، تحرک آنها را در سنین بالاتر بهبود بخشید و میتوکندری (مراکز انرژی سلولها) آنها را تقویت کرد. این تیم همچنین مشاهده کرد که اسپرمین به سیستم ایمنی کمک میکند تا خوشههای پروتئینی آمیلوئید مضر که میتوانند به سلولهای عصبی آسیب بزنند، را پاکسازی کند.
این کشفیات میتواند مبنایی برای استراتژیهای درمانی آینده با هدف بیماریهای تخریبکننده عصبی باشد.
اسپرمین به عنوان یک تنظیمکننده کلیدی در سلولها
اسپرمین برای عملکرد طبیعی بیولوژیکی ضروری است و به خانوادهای از مولکولهای آلی کوچک موسوم به پلیآمینها تعلق دارد. این مولکول بیش از ۱۵۰ سال پیش برای اولین بار شناسایی شد. با این حال، اسپرمین در بسیاری از انواع سلولهای بدن، به ویژه آنهایی که فعال هستند و قابلیت تقسیم دارند، نیز بهطور گسترده یافت میشود.
اسپرمین بر حرکت و فعالیت سلول تأثیر میگذارد و در بسیاری از فرآیندهای حیاتی نقش دارد. یکی از وظایف اصلی آن، تعامل با اسیدهای نوکلئیک سلول است که به تنظیم بیان ژنها و چگونگی ترجمه آنها به پروتئینها کمک میکند. این تنظیم از رشد، تقسیم و در نهایت مرگ سلولی مناسب حمایت میکند. اسپرمین همچنین مشارکتکننده مهمی در تراکم زیستمولکولی (Biomolecular Condensation) است؛ فرآیندی که طی آن پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک درون سلول به ساختارهای قطرهمانندی تبدیل میشوند که به عنوان مراکز واکنش مینیاتوری عمل میکنند.
پژوهشهای قبلی اشاره کرده بودند که اسپرمین ممکن است به حفاظت از سلولهای عصبی و کاهش افت حافظه مرتبط با سن کمک کند. آنچه مفقود بود، توضیح واضحی در مورد چگونگی تأثیر اسپرمین بر مکانیسمهای مرتبط با پروتئینهای مضر در مغز به نحوی بود که بتواند در درمان پزشکی به کار رود.
چگونه اسپرمین به سلولها کمک میکند تا پروتئینهای سمی را دفع کنند؟
تیم «لو» اکنون این مکانیسمها را با عمق بیشتری بررسی کردهاند. محققان در کنار میکروسکوپ نوری، از پراکندگی SAXS (Small-Angle X-ray Scattering) در «منبع نور سوئیس SLS» وابسته به PSI استفاده کردند تا تعاملات مولکولی درگیر را مشاهده کنند. آزمایشهای آنها شامل مطالعاتی در یک لوله شیشهای (در شرایط in vitro) و همچنین آزمایشهایی در ارگانیسمهای زنده (در شرایط in vivo) با استفاده از کرم نماتود C. elegans به عنوان مدل بود.
یافتههای آنها نشان میدهد که اسپرمین پروتئینهای مضر را از طریق تراکم زیستمولکولی تشویق به جمع شدن میکند. این رفتار از اتوفاژی حمایت میکند؛ یک سیستم بازیافت طبیعی درون سلولها که در آن پروتئینهای آسیبدیده یا غیرضروری در وزیکولهای غشایی محصور شده و توسط آنزیمها تجزیه میشوند.
«لو»، رهبر این مطالعه میگوید:
اتوفاژی در مدیریت خوشههای پروتئینی بزرگتر مؤثرتر است. و اسپرمین، به اصطلاح، عامل چسبانندهای است که این رشتهها را به هم میآورد. تنها نیروهای الکتریکی با جاذبه ضعیف بین مولکولها وجود دارد که آنها را سازماندهی میکند اما محکم به هم متصل نمیسازد.
لو میگوید کل این فرآیند را میتوان شبیه به یک بشقاب اسپاگتی تصور کرد:
اسپرمین مانند پنیری است که رشتههای بلند و نازک را بدون چسباندن محکم به هم متصل میکند و هضم آنها را آسانتر میسازد.
گسترش تحقیقات و پتانسیل درمانی آینده
به نظر میرسد اسپرمین در بیماریهای دیگری از جمله سرطان نیز نقش داشته باشد. تحقیقات بیشتری برای روشن شدن نحوه عملکرد این مکانیسمها مورد نیاز است و پس از آن، رویکردهای درمانی مبتنی بر اسپرمین ممکن است عملی شوند. بسیاری از پلیآمینهای دیگر نیز عملکردهای مهمی در بدن دارند و نویدهای پزشکی را در خود نگه میدارند. به گفته لو، «اگر فرآیندهای زمینهای را بهتر درک کنیم، میتوانیم غذاهای خوشمزهتر و قابل هضمتری بپزیم، به این دلیل که دقیقاً خواهیم دانست کدام ادویهها، به چه مقدار، سس را به ویژه خوش طعم میکنند.»
اکنون، هوش مصنوعی به راهنمایی این تحقیقات کمک میکند تا ترکیبات امیدوارکننده این «مواد تشکیلدهنده» مولکولی را به سرعت شناسایی کند. لو خاطرنشان میکند که روشهای پراکندگی با تفکیک زمانی و تصویربرداری با وضوح بالا، که به دانشمندان اجازه میدهد این فرآیندها را در زمان واقعی در مقیاس زیرسلولی مشاهده کنند، به همان اندازه حیاتی هستند. تنها تعداد کمی از تأسیسات سینکروترون در سراسر جهان، از جمله PSI، در حال حاضر این سطح از قابلیت را ارائه میدهند.
منبع: Scitechdaily
