بروز انواع اختلالات مغزی| آلزایمر و اوتیسم نتیجه آلودگی هوا زندگی مدرن

به گزارش مجله خبری نگار، آلودگی هوا سالانه باعث نزدیک به ۷ میلیون مرگ زودرس می‌شود و اثرات آن بسیار فراتر از ریه‌ها می‌رود. استنشاق دود ناشی از آتش‌سوزی‌های جنگلی یا دود شهری ناشی از خودرو‌ها نه تنها خطر ابتلا به آسم و بیماری‌های قلبی را افزایش می‌دهد، بلکه ممکن است در بروز انواع اختلالات مغزی مانند آلزایمر و اوتیسم نیز نقش داشته باشد.

دانشمندان در موسسه تحقیقاتی اسکریپس کشف کرده‌اند که چگونه تغییرات شیمیایی در مغز که می‌تواند ناشی از التهاب و پیری باشد، و همچنین سموم موجود در آلودگی هوا، آفت‌کش‌ها، دود آتش‌سوزی‌های جنگلی و گوشت فرآوری شده، عملکرد طبیعی سلول‌های مغز را مختل می‌کنند. این تیم تحقیقاتی دریافت که این تغییر شیمیایی که با نام S-نیتروزیلاسیون شناخته می‌شود، مانع از ایجاد ارتباطات جدید توسط سلول‌های مغزی شده و در نهایت منجر به مرگ سلولی می‌شود.

مطالعه‌ای که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است، نشان داد که مسدود کردن S-نیتروزیلاسیون در یک پروتئین کلیدی مغز، تا حدی علائم از دست دادن حافظه را در مدل‌های موشی بیماری آلزایمر و در سلول‌های عصبی مشتق شده از سلول‌های بنیادی انسان معکوس می‌کند.

استوارت لیپتون، یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «ما جزئیات مولکولی چگونگی نقش آلاینده‌ها در از دست دادن حافظه و بیماری‌های عصبی را کشف کرده‌ایم. این امر در نهایت می‌تواند منجر به دارو‌های جدیدی شود که این اثرات را مسدود می‌کنند تا بیماری آلزایمر را بهتر درمان کنند.»

بیش از دو دهه پیش، لیپتون برای اولین بار S-نیتروزیلاسیون را کشف کرد، یک فرآیند شیمیایی که در آن یک مولکول مرتبط با اکسید نیتریک (NO) به اتم‌های گوگرد (S) در پروتئین‌ها متصل می‌شود (تولید "SNO" می‌کند)، عملکرد آنها را تغییر می‌دهد و چیزی را ایجاد می‌کند که لیپتون آن را "SNO-STORM" در مغز می‌نامد. NO به طور طبیعی در بدن یافت می‌شود و در پاسخ به تحریک الکتریکی یا التهاب تولید می‌شود، اما در پاسخ به ذرات ریز و ترکیبات نیترات (که به عنوان PM۲.۵/NOx شناخته می‌شوند) که در تغییرات آب و هوایی و آلودگی هوای مربوط به خودروها، دود آتش‌سوزی‌های جنگلی، آفت‌کش‌ها و گوشت‌های فرآوری شده وجود دارند یا ناشی از آنها هستند، نیز به مقدار زیاد تولید می‌شود. گروه تحقیقاتی لیپتون و همکارانش پیش از این نشان داده‌اند که واکنش‌های غیرطبیعی S-نیتروزیلاسیون در برخی از انواع سرطان، اوتیسم، بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون و سایر بیماری‌ها نقش دارند.

در مطالعه جدید، گروه لیپتون به بررسی اثرات S-نیتروزیلاسیون بر پروتئین CRTC۱ پرداختند، که به تنظیم ژن‌های حیاتی برای تشکیل و حفظ ارتباطات بین سلول‌های مغزی، که فرآیندی مهم برای یادگیری و حافظه بلندمدت است، کمک می‌کند.

محققان ابتدا با استفاده از سلول‌های مغزی کشت‌شده موش و انسان تأیید کردند که NO اضافی منجر به S-نیتروزیلاسیون CRTC۱ می‌شود. سپس آنها دریافتند که این اصلاح شیمیایی مانع از اتصال CRTC۱ به یکی دیگر از پروتئین‌های تنظیم‌کننده حیاتی مغز، CREB، می‌شود. در نتیجه، سایر ژن‌های مورد نیاز برای تشکیل ارتباط بین نورون‌ها تحریک نشدند.

لیپتون می‌گوید: «این مسیر بر حافظه شما تأثیر می‌گذارد و مستقیماً با بیماری آلزایمر در انسان مرتبط است.»

در واقع، این تیم تحقیقاتی سطوح بالایی از CRTC۱ نیتروزیله شده با S را در اوایل بیماری در موش‌های دارای مدل بیماری آلزایمر و در نورون‌های انسانی مشتق از سلول‌های بنیادی بیماران آلزایمر مشاهده کردند که این امر از این ایده که تغییرات شیمیایی نقش کلیدی در ایجاد علائم بیماری دارند، بیشتر پشتیبانی می‌کند.

سپس تیم تحقیقاتی نسخه‌ای از CRTC۱ را مهندسی ژنتیک کردند که دیگر نمی‌توانست تحت S-نیتروزیلاسیون قرار گیرد، زیرا پروتئین اکنون فاقد یک اسید آمینه حاوی گوگرد (به نام سیستئین) مورد نیاز برای واکنش شیمیایی بود. در یک ظرف پتری، وارد کردن این نسخه اصلاح‌شده از CRTC۱ به سلول‌های عصبی انسان مشتق‌شده از سلول‌های بنیادی یک بیمار آلزایمر، از ایجاد علائم بیماری، از جمله از بین رفتن اتصالات سلول‌های عصبی و کاهش بقای سلول‌های عصبی، جلوگیری کرد. در مدل‌های موشی مبتلا به بیماری آلزایمر، CRTC۱ مهندسی مجدد شده، فعال‌سازی ژن‌های مورد نیاز برای تشکیل حافظه و انعطاف‌پذیری سیناپسی - توانایی مغز در تقویت ارتباطات بین نورون‌ها - را بازیابی کرد.

لیپتون می‌گوید: «ما تقریباً توانستیم مسیر‌های مولکولی دخیل در ایجاد خاطرات جدید را به طور کامل نجات دهیم.» این نشان می‌دهد که این یک هدف قابل درمان است که می‌تواند پیامد‌های واقعی برای درمان بیماری آلزایمر و احتمالاً سایر بیماری‌های عصبی داشته باشد.

با توجه به اینکه سموم محیطی، از جمله آلودگی خودرو و دود آتش‌سوزی‌های جنگلی، می‌توانند منجر به افزایش سطح NO در مغز شوند، مطالعه جدید از این فرضیه پشتیبانی می‌کند که این سموم ممکن است از طریق S-نیتروزیلاسیون، پیری مغز و بیماری آلزایمر را تسریع کنند. لیپتون می‌گوید جلوگیری از S-نیتروزیلاسیون CRTC۱ می‌تواند راهی مناسب برای کند کردن یا جلوگیری از این نوع آسیب مغزی مرتبط با بیماری آلزایمر باشد.

او می‌افزاید، این یافته‌ها همچنین ممکن است به توضیح این موضوع کمک کند که چرا خطر ابتلا به بیماری آلزایمر با افزایش سن افزایش می‌یابد. حتی بدون قرار گرفتن در معرض سموم محیطی، پیری منجر به افزایش التهاب و افزایش سطح NO می‌شود، در حالی که دفاع آنتی‌اکسیدانی بدن ضعیف می‌شود و پروتئین‌ها را در برابر واکنش‌های مضر S-نیتروزیلاسیون حساس‌تر می‌کند.

لیپتون توضیح می‌دهد: «ما در حال یادگیری این موضوع هستیم که S-نیتروزیلاسیون بر پروتئین‌های متعددی در سراسر بدن تأثیر می‌گذارد، اما معکوس کردن حتی برخی از این تغییرات، مانند تغییرات در CRTC۱، می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر عملکرد حافظه داشته باشد.»

گروه تحقیقاتی او اکنون در حال توسعه دارو‌هایی است که می‌توانند به طور انتخابی واکنش‌های S-نیتروزیلاسیون خاصی را مسدود کنند، از جمله آنهایی که CRTC۱ را تحت تأثیر قرار می‌دهند.