تحقیقات جدید نشان می دهد که با بازگرداندن سطح پروتئین Ptn در آستروسیت ها، می توان اختلالات اتصالات عصبی را اصلاح کرد که این رویکرد دریچه ای نو به بازسازی مغز سندرم داون و بهبود عملکردهای شناختی و حافظه در این افراد می گشاید.
رسوندن یه پروتئین رابط به سلول های ستاره ای شکل مغز می تونه تغییرات مدارهای عصبی رو که توی سندرم داون دیده می شه، به حالت قبل برگردونه. این رو تحقیقات جدیدی که من و همکارام توی مجله Cell Reports منتشر کردیم نشون می ده. این گام مهمی در مسیر بازسازی مغز سندرم داون محسوب می شود.
سندرم داون به خاطر یه خطا توی تقسیم سلولی موقع رشد جنین اتفاق می افته. افراد به جای دو نسخه معمولی از کروموزوم 21، سه نسخه دریافت می کنن که باعث می شه ژن های کدگذاری شده روی این کروموزوم دو برابر بشن. این تریزومی منجر به کلی تغییر توی عملکرد قلب و سیستم ایمنی و همین طور اختلالات رشد عصبی می شه.
تغییرات توی ساختار نورون ها در افراد مبتلا به سندرم داون، نحوه ارتباط اونا با همدیگه رو عوض می کنه. یه نوع مهم از سلول های مغزی به اسم آستروسیت ها به ایجاد ارتباط بین نورون ها کمک می کنن. این سلول های ستاره ای شکل کلی بازوی نازک دارن که توی فضاهای بین نورون ها کشیده می شن. اونا همچنین پروتئین های مختلفی ترشح می کنن که برای شکل گیری اتصالات عصبی مناسب و عملکرد درست مغز حیاتی هستن.
محقق ها متوجه شدن که توی مدل های موش برای چندین اختلال رشد عصبی، از جمله سندرم داون، سطح پروتئین های آستروسیت موقع رشد تغییر کرده.
من و همکارام این فرضیه رو مطرح کردیم که شاید این تغییرات توی ایجاد تغییراتِ اتصالات عصبی که توی سندرم داون می بینیم نقش داشته باشن. آیا برگردوندن سطح مناسب بعضی از این پروتئین های آستروسیت می تونه مغز رو «دوباره سیم کشی» کنه؟
شناسایی یک پروتئین آستروسیت
اول، باید یه پروتئین کاندید از آستروسیت ها رو انتخاب می کردیم تا فرضیه مون رو تست کنیم. یه مطالعه قبلی لیستی از پروتئین های آستروسیت رو که توی مدل موش سندرم داون تغییر کرده بودن، مشخص کرده بود. ما روی پروتئین هایی تمرکز کردیم که سطحشون توی آستروسیت های سندرم داون نسبت به آستروسیت های سالم کمتر بود. فکر کردیم شاید پروتئین کافی برای کمک به شکل گیری اتصالات عصبی وجود نداشته باشه.
بین 10 تا پروتئین برتر که شناسایی کردیم، مولکولی به اسم پلئیوتروفین یا Ptn بود. این پروتئین به عنوان راهنمای آکسون ها شناخته می شه؛ یعنی همون رشته های بلندی که نورون ها برای فرستادن اطلاعات به همدیگه استفاده می کنن تا موقع رشد به هدفشون برسن. پس منطقی بود که به نورون ها کمک کنه تا بازوهای شاخه مانندی که برای دریافت اطلاعات لازم دارن رو بسازن.
ما فهمیدیم موش هایی که نمی تونن Ptn تولید کنن، نورون هایی با بازوهای شاخه ای کمتری دارن، درست شبیه چیزی که توی موش های مبتلا به سندرم داون دیدیم. این همبستگی نشون می ده که سطح مناسب Ptn برای تاثیرگذاری روی شاخه بندی نورون ها موقع رشد مغز لازمه و این یک عامل کلیدی در بازسازی مغز سندرم داون می تواند باشد.
ترمیم نورون ها در مسیر بازسازی مغز سندرم داون
بعدش، می خواستیم بدونیم آیا رسوندن Ptn به آستروسیت ها، اتصالات عصبی رو توی موش های مبتلا به سندرم داون تغییر می ده یا نه.
برای جواب دادن به این سوال، ژن Ptn رو توی یه ویروس کوچیک که قدرت تکثیرش رو گرفته بودیم، بسته بندی کردیم. این ابزارها که بهشون ویروس های مرتبط با آدنو می گن، به محقق ها اجازه می دن مواد ژنتیکی رو به هدف های خاصی توی بدن برسونن و برای کاربردهایی مثل ژن درمانی استفاده می شن. ما ژن Ptn رو به آستروسیت های کل مغز موش های بالغ مبتلا به سندرم داون فرستادیم تا بتونیم اثراتش رو بررسی کنیم.
ما روی قشر بینایی و هیپوکامپ تمرکز کردیم؛ بخش هایی از مغز که مربوط به بینایی و حافظه هستن و هر دو توی سندرم داون به شدت آسیب می بینن. جالب است بدانید که این نواحی حساس مغزی حتی از محرک های محیطی جدید هم تاثیر می پذیرند، به طوری که امروزه بحث تاثیر ریلز و تیک تاک بر سلامت روان و شناخت در محافل علمی بسیار داغ است. بعد از تقویت توانایی آستروسیت ها برای تولید Ptn، متوجه شدیم که هر دو ناحیه تراکم شاخه بندی عصبی شون رو به سطحی شبیه به موش های بدون سندرم داون برگردوندن. این پیشرفت ها امیدبخش برای بازسازی مغز سندرم داون هستند.
در نهایت، می خواستیم ببینیم آیا واقعا می تونیم با افزایش سطح Ptn آستروسیت، سطح فعالیت الکتریکی رو توی هیپوکامپ برگردونیم یا نه. اندازه گیری فعالیت الکتریکی می تونه نشون بده که آیا نورون ها درست کار می کنن یا نه. بعد از رسوندن ژن Ptn به آستروسیت های موش های مبتلا به سندرم داون، دیدیم که فعالیت الکتریکی هیپوکامپ اونا به سطحی برگشته که هیچ فرقی با موش های بدون سندرم داون نداره. این یافته ها چشم اندازی روشن برای بازسازی مغز سندرم داون ارائه می دهند.
در کل، یافته های ما نشون می ده که رسوندن Ptn به آستروسیت های موش ها می تونه تغییرات ساختار و عملکرد نورون ها رو که توی سندرم داون دیده می شه، معکوس کنه. با اینکه یافته های ما هنوز خیلی با استفاده توی کلینیک فاصله داره، اما تحقیقات بیشتر می تونه بهمون کمک کنه بفهمیم آیا و چطوری Ptn می تونه به بهبود سلامت بیمارهای انسانی کمک کنه. این نتایج حاکی از پتانسیل بالای Ptn در بازسازی مغز سندرم داون است، هرچند که نیاز به مطالعات بیشتری داریم.
پتانسیل بازسازی مغز سندرم داون و سایر اختلالات عصبی
به طور کلی تر، یافته های ما نشون می ده که پروتئین های آستروسیت پتانسیل این رو دارن که مغز رو توی بقیه شرایط رشد عصبی هم دوباره سیم کشی کنن. معمولا مغز افراد بالغ پلاستیسیته یا انعطاف پذیری پایینی داره، یعنی ظرفیتش برای ایجاد اتصالات جدید بین نورون ها کمتره. این یعنی تغییر دادن مدارهای عصبی توی بزرگسال ها می تونه سخت باشه. امید ما اینه که بررسی های بیشتر در مورد اینکه پروتئین های آستروسیت چطور می تونن مغز بالغ رو تغییر بدن، منجر به درمان های جدید برای اختلالات رشد عصبی مثل سندرم ایکس شکننده یا سندرم رت بشه، یا به بیماری های تحلیل برنده عصبی مثل پارکینسون کمک کنه. این دستاوردها، به ویژه برای بازسازی مغز سندرم داون، امیدبخش درمان های نوین است.
شناخت دقیق عملکرد سلول های ستاره ای و پروتئین های ترشح شده از آن ها می تواند انقلابی در درمان بیماری های عصبی ایجاد کند. با تکیه بر این یافته ها، بازگرداندن توانمندی های ذهنی و اصلاح ساختار مغز دیگر یک رویای دور از دسترس نیست و می تواند کیفیت زندگی بسیاری از افراد را بهبود ببخشد.
Restoring a specific protein could rewire the brain in Down syndrome
