ابداع یک حسگر زیستی که فعالیت کلسیم را در سلول بررسی می‌کند

به گزارش مجله خبری نگار، به نقل از ساینس‌دیلی، گروهی از پژوهشگران "دانشگاه ایالتی جورجیا" (GSU)، یک روش جدید را برای تشخیص فعالیت کلسیم درون سلول‌ها ابداع کرده‌اند. این پژوهش، کارآیی یک حسگر زیستی را نشان می‌دهد که می‌تواند کلسیم را در بخش‌های ویژه‌ای از سلول، مستقیما بررسی کند. یافته‌های این پژوهش می‌تواند به درک بهتر پایه مولکولی بیماری‌های انسان کمک کند.

کلسیم برای بسیاری از فرآیند‌های فیزیولوژیکی از جمله سلامتی و عملکرد سیستم‌های عضلانی، عصبی، گردش خون و گوارش ضروری است. کلسیم، مولکول‌های سیگنال دهنده را تقویت می‌کند که واکنش سلول‌ها را افزایش می‌دهند، انتشار انتقال‌دهنده‌های عصبی را کنترل می‌کند، به انقباض سلول‌های عضله منجر می‌شود و به لقاح کمک می‌کند. کلسیم برای تشکیل مناسب استخوان نیز مهم است و بسیاری از فرآیند‌های درون سلول به کلسیم نیاز دارند یا از آن استفاده می‌کنند.

حرکات کلسیم و سطوح آن با توجه به این طیف وسیع از عملکردها، می‌توانند به عنوان شاخص‌های خوبی برای مکانیسم‌ها و تغییرات بیولوژیکی عمل کنند. با وجود این، تلاش‌های پیشین برای توسعه ابزار‌های حسگر کلسیم که می‌توانند تغییرات سریع سیگنال‌دهی را کنترل کنند، به دلیل واکنش‌های کند حسگرها، با محدودیت‌هایی همراه بوده‌اند.

"جنی یانگ" (Jenny Yang)، استاد شیمی دانشگاه ایالتی جورجیا و سرپرست این پژوهش گفت: چالش پیش روی ما این است که چگونه تغییرات سریعی را که در بخش‌های ویژه رخ می‌دهند، تشخیص دهیم. برای نمونه، اگر عضله من آسیب ببیند، کلسیم سلول عضله تغییر می‌کند و این موضوع خیلی سریع اتفاق می‌افتد.

یانگ و همکارانش برای درک بهتر این سیگنال‌ها، راهی برای طراحی محل اتصال کلسیم روی سطح چندین پروتئین فلورسنت ارائه داده‌اند. این پژوهش نشان می‌دهد که یک حسگر کلسیم موسوم به "R-CatchER"، حساسیت بالایی در تشخیص سیگنال‌های کلسیم در انواع گوناگون سلول دارد.

این کشف غیرمنتظره‌ای برای یانگ و گروهش به شمار می‌رود که دهه‌ها به ابداع و اصلاح این روش مشغول بوده‌اند. آن‌ها اخیرا یک حسگر کلسیم موسوم به "+G-CatchER" نیز ابداع کرده‌اند که پژوهش مربوط به آن در مجله "ساینس" (iScience) به چاپ رسید.

یانگ گفت: پروتئینی که ما در این پژوهش استفاده کرده‌ایم، می‌تواند تغییرات زودگذر را شناسایی کند و به اندازه‌گیری فعالیت کلسیم بپردازد. ما می‌توانیم رویداد‌های مربوط به کلسیم را در سلول‌های سالم بررسی کنیم و نحوه تغییر آن را در مراحل بیماری ببینیم.

شاید R-CatchER نهایتا برای پژوهش‌های آزمایشگاهی سودمند باشد؛ برای نمونه، شاید بتواند بررسی کند که آیا ارتباطی میان تغییرات سطح کلسیم و یک بیماری خاص وجود دارد یا خیر. همچنین، ممکن است که بتواند به کشف دارو کمک کند.

یانگ ادامه داد: ما برای درک نحوه کنترل رویداد‌های مربوط به پیری یا مراحل بیماری توسط کلسیم، یک روش منحصر به فرد داریم. این روش می‌تواند به دانشمندان بگوید که کدام مسیر سیگنال، مربوط به بیماری است و چگونه تحت درمان با ترکیب دارویی تغییر می‌کند. این روش می‌تواند محل خاصی را نشان دهد که دارو باید آن را هدف قرار دهد تا موثر باشد.

به گفته پژوهشگران، گام بعدی پژوهش، استفاده از این فناوری در مدل‌های حیوانی است تا به درک بهتر نحوه دخالت رویداد‌های گوناگون سلولی در بیماری‌ها کمک کند.

این پژوهش، در مجله "Angewandte Chemie" به چاپ رسید.