في دراسة انقباض العضلات.. الكشف عن سر تأخر حديثي الولادة في المشي

تتطور الروابط بين الجهاز العصبي والعضلات بشكل مختلف في مختلف أنحاء مملكة الحياة، ويستغرق الأمر من البشر حديثي الولادة ما يقرب من عام لتطوير الأنظمة العضلية المناسبة التي تدعم القدرة على المشي.

في حين تستطيع الأبقار المشي بعد دقائق قليلة من الولادة والركض بعد ذلك بفترة وجيزة.

الآن، باستخدام تقنيات التصور الجديدة القوية، أصبح لدى باحثي جامعة كاليفورنيا في سان دييجو صورة واضحة عن سبب تطور هذين السيناريوهين بشكل مختلف.

وحسب ما نشره موقع ميديكال إكسبريس، تقدم النتائج نظرة ثاقبة جديدة لفهم تقلص العضلات لدى البشر، وهو ما قد يساعد في تطوير علاجات مستقبلية لأمراض العضلات.

كيفية تقلص العضلات

وقال ريان هيبس، أستاذ كلية العلوم البيولوجية، عن الدراسة الجديدة المنشورة في مجلة “نيتشر”: “في هذه الدراسة، شرعنا في فهم التفاصيل الجزيئية التي تشارك في تقلص العضلات عند نقطة الاتصال بين الخلايا العصبية الحركية والعضلات الهيكلية، وهي العضلات التي نتحكم فيها بوعي”.

وأضاف: “لقد اكتشفنا كيف يتغير بروتين العضلات في تركيبته أثناء التطور، وهو أمر مهم في سياق الأمراض التي تسبب ضعف العضلات التدريجي”.

إن قدرة العضلات الهيكلية على الانقباض تسمح لأجسامنا بالتحرك – من المشي والقفز إلى التنفس ورمش أعيننا.

تنشأ جميع انقباضات العضلات الهيكلية عند التقاطع بين الخلايا العصبية الحركية، والتي تنشأ في الحبل الشوكي وجذع الدماغ، والألياف العضلية.

وهنا تفرز الخلايا العصبية مادة كيميائية ناقلة تسمى الأستيل كولين. وترتبط هذه الجزيئات بمستقبل بروتيني على خلايا العضلات، مما يؤدي إلى فتح فتحة في غشاء الخلية. وتتدفق التيارات الكهربائية إلى الخلية، مما يتسبب في تقلص العضلات.

لقد كانت الطريقة التي تفرز بها الخلايا العصبية المواد الكيميائية التي تتواصل مع العضلات نظامًا نموذجيًا تمت دراسته لأكثر من قرن من الزمان. ولكن الجزء المفقود من هذا النظام هو التصوير المرئي لكيفية عمل هذه العملية. كيف يبدو هيكل بروتين مستقبلات العضلات الذي ينفتح؟

وللتعرف على ذلك، استخدم هيبس، وهو المؤلف الأول للدراسة، وجينفينج تينج، محلل بيانات الأبحاث، تقنية المجهر الإلكتروني بالتبريد (cryo-EM) الموجودة في مركز التكنولوجيا الجديد في جامعة كاليفورنيا في سان دييجو، وهو مركز لأدوات البحث المتطورة، يستخدم المجهر الإلكتروني بالتبريد المجاهر فائقة القوة لالتقاط صور للجزيئات “المجمدة” في مكانها.

تضمنت النتائج أول تصورات للبنية ثلاثية الأبعاد لمستقبل الأستيل كولين في العضلات. ونظرًا لصعوبة الحصول على أنسجة بشرية لمثل هذه الدراسات الخاصة بانقباض العضلات، فقد حصل الباحثون على عينات من أنسجة الأجنة من عضلات الهيكل العظمي للبقر.

ولعزل المستقبلات في العينات، لجأ الباحثون إلى مصدر غير متوقع: سم الثعبان.

استُخدم سم عصبي سام من الثعابين يشل حركة الفريسة للالتصاق بمستقبلات العضلات في عينات الأبقار، مما سمح للباحثين بعزل المستقبلات لدراستها، ثم سمحت عمليات التصور بالتبريد الإلكتروني للباحثين برؤية كيفية تطور عملية تطور المستقبلات.

ومع ظهور البيانات الجديدة، توصل الباحثون إلى اكتشاف غير متوقع. فقد اكتشفوا أنهم يستطيعون رؤية هياكل المستقبلات الجنينية والبالغة من نفس عينات أنسجة أجنة الأبقار.

قال هيبس: “كنا نأمل أن نرى بنية المستقبل، وقد رأينا ذلك بالفعل، لكننا رأينا أيضًا أن هناك نسختين مختلفتين منه. لقد كانت مفاجأة”.

يقول هيبس إنه من المنطقي اكتشاف نوعين من المستقبلات، لأن العجول تنمو في الرحم، لذا كان من المتوقع وجود مستقبلات الجنين، ولكي تتمكن من المشي مثل البالغين بعد الولادة بفترة وجيزة، فإنها تبدأ في بناء اتصالات عصبية عضلية في وقت مبكر من النمو”.

وأضاف: “يوضح هذا الاكتشاف كيف أن الحيوانات مثل الأبقار التي تحتاج إلى المشي في يوم ولادتها تتشكل لديها وصلات عصبية عضلية ناضجة قبل الولادة، على عكس البشر الذين يعانون من ضعف التنسيق العضلي لعدة أشهر بعد الولادة”.