پروتئین‌های مرتبط با پارکینسون و ALS از میتوکندری محافظت می‌کنند

به گزارش مجله خبری نگار، دانشمندان مرکز پزشکی جانز هاپکینز می‌گویند که کشف کرده‌اند چگونه گروهی از پروتئین‌های مرتبط با بیماری پارکینسون و اسکلروز جانبی آمیوتروفیک به عنوان "نگهبانان" میتوکندری عمل می‌کنند - اندامک‌ها یا زیرواحد‌های کوچک درون سلول‌ها که انرژی تولید و ذخیره می‌کنند و تقریباً در همه گیاهان و حیوانات یافت می‌شوند. نتایج آزمایش‌های محققان در مجله نیچر منتشر شد.

دانشمندان می‌گویند نتایج آزمایش‌ها با موش‌های اصلاح‌شده ژنتیکی باید درک ما را از توسعه بیماری پارکینسون، یک اختلال عصبی مزمن و پیشرونده که علل آن به طور کامل شناخته نشده است، افزایش دهد. اکثر متخصصان معتقدند که بیماری پارکینسون ناشی از ترکیبی از عوامل ژنتیکی و محیطی است.

این تحقیق جدید بر اساس تلاش‌های قبلی برای نشان دادن چگونگی واکنش سلول‌ها به استرس، از جمله فشار‌های خارجی مانند سطح پایین اکسیژن و استرس‌های داخلی مانند عدم تعادل مواد مغذی، انجام شده است.

به گفته پروفسور هیرومی سساکی از دانشگاه جان هاپکینز، که رشد، تقسیم و ادغام میتوکندری را مطالعه می‌کند، اندازه این اندامک برای عملکرد صحیح نباید خیلی بزرگ یا خیلی کوچک باشد.

دانشمندان مدت‌هاست می‌دانند که وقتی میتوکندری‌ها تحت فشار بیش از حد قرار می‌گیرند یا به گونه‌ای آسیب می‌بینند که قابل ترمیم نیستند، دیگر نمی‌توانند با هم ترکیب شوند، کوچک‌تر می‌شوند و تخریب می‌شوند. وقتی میتوکندری‌ها آسیب می‌بینند، سلول‌ها به خوبی برای تولید انرژی مجهز نیستند. در مغز، سلول‌های تحت استرس می‌توانند باعث تخریب عصبی و التهاب عصبی شوند.

در نتیجه، سلول‌ها از روش‌های مختلفی برای محافظت از میتوکندری‌ها و حفظ اندازه مناسب آنها استفاده می‌کنند. برای مثال، سلول‌ها می‌توانند با ادغام شدن با یکدیگر، میتوکندری‌ها را بازسازی کنند تا مواد ژنومی و انرژی خروجی خود را حفظ کنند.

میتوکندری‌ها همچنین می‌توانند پس از رشد تقسیم شوند تا اندازه و تعداد خود را حفظ کنند یا قسمت‌های آسیب‌دیده را جدا کنند. با این حال، اگر میتوکندری‌ها بیش از حد بزرگ شوند، ادغام آنها متوقف می‌شود و از تشکیل میتوکندری‌های غول‌پیکر مضر جلوگیری می‌شود که به نوبه خود از تخریب مؤثر میتوکندری‌های آسیب‌دیده جلوگیری می‌کند.

پروفسور میهو ایجیما از دانشگاه جانز هاپکینز می‌گوید یکی از راه‌هایی که سلول‌ها به مشکلات مربوط به کنترل اندازه میتوکندری ناشی از استرس یا آسیب پاسخ می‌دهند، فعال کردن فعالیت چندین پروتئین است. دو تا از این پروتئین‌ها، پارکین و PINK۱، در اطراف غشای میتوکندری یافت می‌شوند و به طور همزمان کار می‌کنند تا میتوکندری‌ها بتوانند با هم ترکیب شوند یا از هم جدا شوند. ناهنجاری‌های ژن‌های پارکین و PINK۱ با شروع بیماری پارکینسون در انسان مرتبط هستند.

پروتئین دیگری که با اسکلروز جانبی آمیوتروفیک مرتبط است، OMA۱، نیز به عنوان عاملی شناخته می‌شود که در طول استرس در همجوشی میتوکندری اختلال ایجاد می‌کند.

مطالعات قبلی روی موش‌ها نشان داده است که در شرایط سلولی طبیعی، حذف یا "خاموش کردن" هر یک از ژن‌های کدکننده پروتئین‌های Parkin، PINK۱ و OMA۱ هیچ ناهنجاری در موش‌ها یا میتوکندری‌های آنها ایجاد نمی‌کند.

اما ایجیما و سساکی کنجکاو بودند که اگر دو تا از این سه ژن - پارکین، PINK۱ و OMA۱ - در شرایط فیزیولوژیکی طبیعی خاموش شوند، چه اتفاقی برای موش‌ها و سلول‌هایشان می‌افتد.

دانشمندان با حذف ژن‌های پارکین و OMA۱ یا PINK۱ و OMA۱، دریافتند که موش‌های دارای حذف دوگانه، در مقایسه با موش‌های دارای نسخه‌های طبیعی این ژن‌ها، جثه کوچکی داشتند و مشکلات حرکتی و همچنین میتوکندری‌های بزرگ‌شده و بیش از حد متصل‌شده در نورون‌هایشان داشتند.

با این حال، اگر فقط یک ژن خاموش شود، ژن‌های دیگر همچنان ادغام میتوکندری را تنظیم می‌کنند و موش‌ها هیچ نشانه‌ای از بزرگ شدن یا اختلال عملکرد میتوکندری نشان نمی‌دهند.

دانشمندان مرکز پزشکی جان هاپکینز معتقدند که میتوکندری‌ها در یک "قفل دوگانه" به هم متصل می‌شوند. از آنجا که میتوکندری‌ها دو غشا دارند، خاموش کردن تنها یکی از ژن‌ها می‌تواند یک غشا را خاموش کند، اما نه هر دو را، و میتوکندری‌ها همچنان می‌توانند با هم ترکیب شوند و نسبتاً سالم بمانند.

در مجموع، تیم تحقیقاتی موش‌ها را با ۱۸ نوع ترکیب طبیعی و غیرفعال از این سه ژن و همچنین سایر ژن‌ها، اصلاح ژنتیکی کردند تا این یافته را تأیید کنند.

میهو ایجیما گفت: «پارکین-پینک۱ و اوما۱ با همکاری هم، به عنوان نگهبان میتوکندری عمل می‌کنند و تضمین می‌کنند که اندامک‌ها اندازه و عملکرد طبیعی خود را حفظ کنند.»

دانشمندان همچنین محصول اصلی میتوکندری یعنی انرژی به شکل آدنوزین تری فسفات (ATP) را اندازه‌گیری کردند. در تمام موش‌های مورد مطالعه، آنها هیچ تفاوت معنی‌داری در سطح ATP در نمونه‌های سلول‌های مغزی مشاهده نکردند.

برای درک این کشف، دانشمندان نگاه دقیق‌تری به پاسخ سیستم ایمنی به سلول‌های مغزی انداختند. آنها دریافتند که وقتی میتوکندری‌ها بیش از حد بزرگ می‌شوند، DNA میتوکندری آنها به سیتوزول، مایعی که فضای درون سلول‌ها را پر می‌کند، نشت می‌کند. این امر باعث افزایش آزادسازی اینترفرون‌ها، پروتئین‌هایی که باعث ایجاد پاسخ التهابی می‌شوند، شد.

دانشمندان قصد دارند با مطالعه دقیق‌تر چگونگی نشت DNA میتوکندری از اندامک، زمانی که بیش از حد بزرگ می‌شود، کار خود را پیش ببرند. آنها همچنین می‌خواهند مشخص کنند که کدام نوع سلول‌ها به آزادسازی DNA میتوکندری عصبی برای تحریک پاسخ‌های ایمنی ذاتی پاسخ می‌دهند، با هدف کشف بینش‌های جدید در مورد توسعه بیماری پارکینسون و احتمالاً اهداف دارویی جدید.