عضله دوسر بازو و سلول‌های مغز ما امکان پذیر زیاد تر از حد فکر، ویژگی‌های مشترک داشته باشند. پژوهش تازه انجام‌شده به سرپرستی «آزمایشگاه لیپینکات شوارتز»(Lippincott-Schwartz Lab) مشخص می کند که شبکه‌ای از ساختارهای درون سلول همانند به سلول‌های مسئول انتشار کردن سیگنال‌های مولکولی عامل انقباض عضلات، مسئول انتقال سیگنال‌هایی در مغز می باشند که امکان پذیر یادگیری و حافظه را تسهیل کنند.

به نقل از وب‌سایت رسمی مؤسسه پزشکی هاورد هیوز، «جنیفر لیپینکات شوارتز»(Jennifer Lippincott-Schwartz) سرپرست این پژوهش او گفت: «آلبرت اینشتین» وقتی او گفت که هنگامی از مغز خود منفعت گیری می‌کند، همانند این است که از یک عضله منفعت می‌برد و از این نظر، در این پژوهش نیز موارد شبیهی وجود دارد. سیستمی که در هر دو مورد کار می‌کند، یکسان است اما بازخوانی‌های متغیری دارد.

اولین سرنخ درمورد ربط احتمالی بین سلول‌های مغز و عضله وقتی به دست آمد که دانشمندان فهمید مسئله عجیبی درمورد شبکه آندوپلاسمی شدند. شبکه آندوپلاسمی شامل ورقه‌های غشایی و چین‌های درون سلول‌ها است که برای تعداد بسیاری از عملکردهای سلولی حیاتی می باشند.

«لورنا بندتی»(Lorena Benedetti) از اعضای آزمایشگاه لیپینکات شوارتز در حال ردیابی مولکول‌ها با وضوح بالا در امتداد شبکه آندوپلاسمی و نورون‌های پستان‌داران می بود که مشاهده کرد مولکول‌ها یک الگوی نردبان‌همانند تکرارشونده را در طول دندریت‌ها جستوجو می‌کنند.

تقریبا در همان زمان، «استفان سالفلد»(Stephan Saalfeld) سرپرست ارشد گروه به لیپینکات شوارتز درمورد تصاویر وضوح بالای میکروسکوپ الکترونی سه‌بعدی از نورون‌های مغز مگس هشدار داد که در آنها شبکه آندوپلاسمی نیز در حال راه اندازی دادن ساختارهای عرضی با فاصله منظم می بود.

شبکه آندوپلاسمی طبق معمول همانند یک سیستم بزرگ و پویا به نظر می‌رسد. به این علت به محض این که لیپینکات شوارتز ساختارها را دید، می‌دانست که آزمایشگاه او باید کارآیی آنها را فهمیدن کنند. لیپینکات شوارتز او گفت: در علم، ساختار به معنی کارکرد است. این یک ساختار غیر معمول و زیباست که ما در کل دندریت می‌بینیم. به این علت، حس ما فقط این می بود که باید کارکرد مهمی داشته باشد.

این گروه پژوهشی با بازدید یک ناحیه دیگر از بدن که دارای ساختارهای شبکه آندوپلاسمی شبیه و نردبان‌همانند است، کار خود را اغاز کردند. این ناحیه تازه، بافت عضلانی است. در سلول‌های عضلانی، شبکه آندوپلاسمی و غشای پلاسمایی در مکان‌های تماس دوره‌ای به هم می‌رسند. این آرایش منظم توسط مولکولی به نام «جونکتوفیلین»(junctophilin) کنترل می‌شود.

پژوهشگران با منفعت گیری از تصویربرداری وضوح بالا دریافتند دندریت‌ها نیز حاوی نوعی جونکتوفیلین می باشند که مکان‌های تماس بین شبکه آندوپلاسمی و غشای پلاسمایی آنها را کنترل می‌کند. علاوه بر این، آنها دریافتند همان ماشین مولکولی کنترل‌کننده انتشار کردن کلسیم در محل‌های تماس سلول‌های عضلانی، در مکان‌های تماس دندریت نیز وجود دارد که کلسیم در آنجا سیگنال‌های عصبی را تنظیم می‌کند.

پژوهشگران به علت یافتن این سرنخ‌ها فکر می‌کردند ماشین‌های مولکولی در مکان‌های تماس دندریتیک نیز باید برای انتقال سیگنال‌های کلسیم که سلول‌ها از آن برای برقراری ربط منفعت گیری می‌کنند، مهم باشند. گمان آنها این می بود که مکان‌های تماس در امتداد دندریت‌ها امکان پذیر همانند دستگاه تکرارگر در یک دستگاه تلگراف عمل کنند و کار دریافت، تحکیم و انتشار کردن سیگنال‌ها را در فواصل طویل انجام بدهند. این ویژگی در نورون‌ها می‌تواند توضیح دهد که سیگنال‌های دریافتی در مکان‌های خاص روی دندریت‌ها چطور به بدن سلول در فاصله صدها میکرومتر دورتر منتقل خواهد شد.

بندتی او گفت: چگونگی حرکت کردن این اطلاعات در مسافت‌های طویل و چگونگی تحکیم شدن سیگنال کلسیم به طور خاص اشکار نبوده است. ما فکر می‌کردیم که شبکه آندوپلاسمی می‌تواند این نقش را بازی کند و مکان‌های تماسی که به طور منظم توزیع خواهد شد، تحکیم‌کننده‌های محلی و مکانی می باشند. آنها می‌توانند سیگنال کلسیم را بگیرند، آن را به طور محلی تحکیم کنند و به رله سیگنال کلسیم در فاصله‌ دور بپردازند.

پژوهشگران دریافتند این فرآیند وقتی اغاز می‌شود که یک سیگنال عصبی علتشود کلسیم از طریق پروتئین‌های کانال یونی قرارگرفته در محل‌های تماس، به دندریت راه یابد. اگرچه سیگنال اولیه کلسیم به شدت از بین می‌رود اما به انتشار کردن کلسیم اضافی از شبکه آندوپلاسمی در محل تماس منجر می‌شود.

این هجوم کلسیم در محل تماس، یک کیناز به نام «CaMKII» را جذب و فعال می‌کند که برای حافظه مهم است. این پروتئین، خواص بیوشیمیایی غشای پلاسمایی و قوت سیگنالی را که از غشای پلاسمایی عبور می‌کند، تحول می‌دهد. این فرآیند از یک محل تماس به محل تماس دیگر در سراسر دندریت تا سلول ادامه می‌یابد؛ یعنی جایی که نورون تصمیم می‌گیرد چطور با دیگر نورون‌ها ربط برقرار کند.

این پژوهش، مکانیسم جدیدی را برای انتقال سیگنال در سلول‌های مغزی مشخص می کند و اطلاعاتی را درمورد چگونگی حرکت سیگنال‌های درون‌سلولی در فواصل طویل اراعه می‌دهد و امکان پردازش اطلاعات دریافتی را در مکان‌های خاص روی دندریت‌ها در مغز فراهم می‌کند.

این پژوهش در مجله «Cell» به چاپ رسید.