اكتشاف الخلايا العصبية الرئيسية التي تتحكم في الحركة في الديدان، وهي مهمة لعلاج البشر

اكتشف باحثون من مؤسسة سيناي هيلث وجامعة تورونتو آلية في الجهاز العصبي للدودة المستديرة الصغيرة C. Elegans والتي يمكن أن يكون لها آثار كبيرة على علاج الأمراض التي تصيب الإنسان وتطوير الروبوتات.

تم نشر الدراسة، التي قادتها مي تشن وزملاؤها في معهد لونينفيلد-تانينباوم للأبحاث، في Science Advances وتكشف عن الدور الرئيسي لخلية عصبية محددة تسمى AVA في التحكم في قدرة الدودة على التبديل بين التحرك للأمام والخلف.

من المهم للغاية أن تزحف الديدان نحو مصادر الغذاء وتبتعد بسرعة عن الخطر. وهذا السلوك، عندما يكون هناك فعلان متعارضان، هو سلوك نموذجي للعديد من الحيوانات، بما في ذلك البشر، الذين لا يستطيعون الجلوس والجري في نفس الوقت.

لطالما اعتقد العلماء أن التحكم في الحركة في الديدان يتم من خلال أفعال متبادلة بسيطة لخلية عصبية: AVA وAVB. وكان يُعتقد أن الأولى تعزز الحركة إلى الخلف والثانية إلى الأمام، وكل منهما تقمع الأخرى للتحكم في اتجاه الحركة.

ومع ذلك، تتحدى البيانات الجديدة من فريق Zhen هذه الفكرة، وتكشف عن تفاعل أكثر تعقيدًا حيث تلعب الخلية العصبية AVA دورًا مزدوجًا. لا يتوقف الأمر عند إيقاف الحركة الأمامية على الفور عن طريق قمع AVB فحسب، بل إنه يحافظ أيضًا على تحفيز AVB على المدى الطويل لضمان انتقال سلس إلى الحركة الأمامية.

يسلط هذا الاكتشاف الضوء على قدرة الخلية العصبية AVA على التحكم بدقة في الحركة من خلال آليات مختلفة تعتمد على إشارات مختلفة وعلى مقاييس زمنية مختلفة.

يقول Zhen، أستاذ علم الوراثة الجزيئي في كلية طب Temerty بجامعة تورنتو، "من وجهة نظر هندسية، يعد هذا تصميمًا فعالاً للغاية من حيث التكلفة". "إن القمع القوي والمستمر لدائرة التغذية الراجعة يسمح للحيوانات بالاستجابة للظروف غير المواتية والهروب. وفي الوقت نفسه، تستمر الخلية العصبية المسيطرة في إمداد الدائرة الأمامية بالغاز المستمر للتحرك إلى أماكن آمنة."

قال جون مينج، وهو طالب دكتوراه سابق في مختبر تشن والذي قاد الدراسة، إن فهم كيفية انتقال الحيوانات بين مثل هذه الحالات الحركية المتعارضة هو مفتاح لفهم كيفية تحرك الحيوانات، وكذلك للبحث في الاضطرابات العصبية. p>

يوفر اكتشاف الدور المهيمن للخلية العصبية AVA نظرة ثاقبة جديدة للدوائر العصبية التي يدرسها العلماء منذ ظهور علم الوراثة الحديث منذ أكثر من نصف قرن. لقد استخدم مختبر تشن بنجاح التكنولوجيا المتقدمة لتعديل نشاط الخلايا العصبية الفردية بدقة وتسجيل البيانات من الديدان الحية أثناء الحركة. p>

يؤكد تشن، وهو أيضًا أستاذ في علم الأحياء الخلوية والأنظمة في كلية الآداب والعلوم بجامعة تورنتو، على أهمية التعاون بين التخصصات المختلفة في هذا البحث. أجرى منغ التجارب الرئيسية، وأجرى التسجيلات الكهربائية للخلايا العصبية الدكتور بينج يو، وهو طالب في مختبر شانبان جاو في جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا في الصين.

قاد توسيف أحمد، وهو زميل ما بعد الدكتوراه سابقًا في مختبر تشن وزميل نظري الآن في حرم أبحاث جانيليا التابع لمعهد هواتشونغ الطبي في الولايات المتحدة، النمذجة الرياضية التي كانت مهمة لاختبار الفرضيات وتوليد المعرفة الجديدة.

لدى AVA وAVB نطاقات وديناميكيات مختلفة لإمكانات الغشاء. المصدر: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002

توفر نتائج الدراسة نموذجًا مبسطًا لدراسة كيفية قدرة الخلايا العصبية على تنظيم أدوار متعددة في التحكم في الحركة، وهو مفهوم يمكن تطبيقه على الحالات العصبية البشرية.

على سبيل المثال، يعتمد الدور المزدوج لـ AVA على إمكاناتها الكهربائية، والتي يتم تنظيمها بواسطة قنوات الأيونات على سطحها. يقوم Zhen بالفعل بالتحقيق في كيفية مشاركة آليات مماثلة في حالة نادرة تُعرف باسم متلازمة CLIFAHDD، والتي تسببها الطفرات في قنوات الأيونات المماثلة. يمكن أن تفيد النتائج الجديدة أيضًا في تطوير أنظمة روبوتية أكثر تكيفًا وكفاءة قادرة على أداء حركات معقدة.

قالت آن كلود جينجراس، مديرة معهد لونينفيلد-تانينباوم للأبحاث ونائبة الرئيس للأبحاث في سيناي هيلث: "من أصول العلم الحديث إلى الأبحاث المتطورة اليوم، تلعب الكائنات الحية النموذجية مثل C. Elegans دورًا مهمًا في الكشف عن تعقيد أنظمتنا البيولوجية". "يعد هذا البحث مثالاً رائعًا لكيفية التعلم من الحيوانات البسيطة وتطبيق هذه المعرفة لتطوير الطب والتكنولوجيا."