رسم خرائط الدوائر الخلوية الديدان الأسطوانية
رسم خرائط الدوائر الخلوية الديدان الأسطوانية
ايهاب محمد زايد-مصر
تغير الديدان الأسطوانية تدفق المواد داخل وخارج أفواهها استجابة للضوء الساطع ، لتكشف عن طريقة جديدة للخلايا العصبية للتحكم في خلايا العضلات.
لأكثر من عقد من الزمان ، عرف الباحثون أن الدودة المستديرة Caenorhabditis elegans يمكنها اكتشاف الضوء ذي الموجة القصيرة وتجنبه ، على الرغم من افتقارها إلى العيون وجزيئات امتصاص الضوء اللازمة للرؤية. كطالب دراسات عليا في مختبر هورفيتز ، اقترح نيخيل بهاتلا تفسيرًا لهذه القدرة.
ولاحظ أن التعرض للضوء لا يؤدي فقط إلى إبعاد الديدان عن الطعام ، بل دفعها أيضًا إلى التوقف عن تناول الطعام. قاده هذا الدليل إلى سلسلة من الدراسات التي أشارت إلى أن موضوعاته المتلوية لا يرون الضوء على الإطلاق – كانوا يكتشفون المواد الكيميائية الضارة التي ينتجها ، مثل بيروكسيد الهيدروجين. بعد فترة وجيزة ، أدرك مختبر هورفيتز أن الديدان لا تتذوق المواد الكيميائية السيئة التي يولدها الضوء فحسب ، بل تبصقها أيضًا.
الآن ، في دراسة نُشرت مؤخرًا في eLife ، أبلغ فريق بقيادة طالب الدراسات العليا السابق ستيف ساندو عن الآلية التي يقوم عليها البصق في C. elegans. تعتبر خلايا العضلات الفردية بشكل عام أصغر الوحدات التي يمكن للخلايا العصبية التحكم فيها بشكل مستقل ، لكن نتائج الباحثين تشكك في هذا الافتراض.
في حالة البصق ، قرروا أن الخلايا العصبية يمكنها توجيه مناطق فرعية متخصصة لخلية عضلية واحدة لتوليد حركات متعددة – مما يوسع فهمنا لكيفية تحكم الخلايا العصبية في خلايا العضلات لتشكيل السلوك.
روبرت هورفيتز ، أستاذ علم الأحياء ديفيد إتش كوخ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “حقق ستيف اكتشافًا رائعًا وهو أن تقلص منطقة صغيرة لخلية عضلية معينة يمكن فصله عن تقلص بقية الخلية نفسها”.
عضو في معهد ماكجفرن لأبحاث الدماغ ومعهد كوخ لأبحاث السرطان التكاملي ، ومحقق معهد هوارد هيوز الطبي ، وكبير مؤلفي الدراسة. “علاوة على ذلك ، وجد ستيف أن مقصورات العضلات تحت الخلوية يمكن التحكم فيها بواسطة الخلايا العصبية لتغيير السلوك بشكل كبير.”
تشبه الديدان الأسطوانية المكانس الكهربائية التي تتلوى حول البكتيريا. فم الدودة ، المعروف أيضًا باسم البلعوم ، عبارة عن أنبوب عضلي يحبس الطعام ويمضغه ثم ينقله إلى الأمعاء من خلال سلسلة من الانقباضات “الضخية”.
لقد عرف الباحثون منذ أكثر من عقد من الزمان أن الديدان تهرب من الأشعة فوق البنفسجية أو البنفسجية أو الزرقاء. لكن بهاتلا اكتشف أن هذا الضوء يقطع أيضًا ضخ البلعوم المستمر ، لأن الطعم الناتج عن الضوء مقرف جدًا لدرجة أن الديدان تتوقف عن التغذية. عندما نظر عن قرب ، لاحظ بهاتلا أن استجابة الديدان كانت في الواقع شديدة الدقة. بعد توقف مبدئي ، يبدأ البلعوم لفترة وجيزة في الضخ مرة أخرى على دفعات قصيرة قبل التوقف تمامًا – تقريبًا كما كانت الدودة تمضغ قليلاً حتى بعد تذوق الضوء البغيض. في بعض الأحيان ، تفلت الفقاعة من الفم ، مثل التجشؤ.
بعد انضمامه إلى المشروع ، اكتشف ساندو أن الديدان لم تكن تتجشأ ولا تستمر في المضغ. وبدلاً من ذلك ، كانت “مضخات الانفجار” تقود المواد في الاتجاه المعاكس ، خارج الفم إلى البيئة المحلية ، بدلاً من العودة إلى البلعوم والأمعاء. بمعنى آخر ، تسبب الضوء السيئ المذاق في أن تبصق الديدان. ثم قضى ساندو سنوات في مطاردة موضوعاته حول المجهر بضوء ساطع وتسجيل أفعالهم بالحركة البطيئة ، من أجل تحديد الدوائر العصبية وحركات العضلات المطلوبة لهذا السلوك.
يقول ساندو: “كان اكتشاف أن الديدان بصق مفاجئًا للغاية بالنسبة لنا ، لأن الفم بدا وكأنه يتحرك مثلما يتحرك عندما يمضغ”. “اتضح أنك تحتاج حقًا إلى تكبير الأشياء وإبطاء سرعتها لمعرفة ما يحدث ، لأن الحيوانات صغيرة جدًا والسلوك يحدث بسرعة كبيرة.”
لتحليل ما يحدث في البلعوم لإنتاج حركة البصق هذه ، استخدم الباحثون شعاع ليزر صغير لإزالة الخلايا العصبية والعضلية من الفم جراحيًا ومعرفة كيف يؤثر ذلك على سلوك الدودة. كما قاموا بمراقبة نشاط الخلايا في الفم عن طريق وسمها ببروتينات “مراسلة” فلورية مصممة خصيصًا.
ورأوا أنه بينما تأكل الدودة ، تتقلص ثلاث خلايا عضلية باتجاه مقدمة البلعوم تسمى pm3s وتسترخي معًا في نبضات متزامنة. ولكن بمجرد أن تتذوق الدودة الضوء ، فإن المناطق الفرعية من هذه الخلايا الفردية الأقرب إلى مقدمة الفم تصبح مغلقة في حالة من الانكماش ، مما يفتح مقدمة الفم ويسمح بدفع المواد للخارج. هذا يعكس اتجاه تدفق المادة المبتلعة ويحول التغذية إلى بصق.
قرر الفريق أن ظاهرة “فك الاقتران” هذه تتحكم فيها خلية عصبية واحدة في مؤخرة فم الدودة. تسمى هذه الخلية العصبية M1 ، وهي تحفز تدفقًا موضعيًا للكالسيوم في الطرف الأمامي لعضلة pm3 من المحتمل أن تكون مسؤولة عن تحفيز الانقباضات الخلوية الفرعية.
ينقل M1 معلومات مهمة مثل لوحة التبديل. يستقبل الإشارات الواردة من العديد من الخلايا العصبية المختلفة ، وينقل تلك المعلومات إلى العضلات المشاركة في البصق. يشك ساندو وفريقه في أن قوة الإشارة الواردة يمكن أن تضبط سلوك الدودة استجابةً لتذوق الضوء. على سبيل المثال ، تشير النتائج التي توصلوا إليها إلى أن الطعم المقزز يثير شطفًا قويًا للفم ، في حين أن الإحساس المزعج إلى حد ما يتسبب في بصق الدودة بشكل أكثر رقة ، وهو ما يكفي فقط لإخراج المحتويات.
في المستقبل ، يعتقد ساندو أنه يمكن استخدام الدودة كنموذج لدراسة كيفية تحفيز الخلايا العصبية لمناطق فرعية من خلايا العضلات لتضييق وتشكيل السلوك – وهي ظاهرة يشتبهون في حدوثها في حيوانات أخرى ، ومن المحتمل أن تشمل البشر.
يقول ساندو: “لقد وجدنا أساسًا طريقة جديدة للخلايا العصبية لتحريك العضلات”. “الخلايا العصبية تنسق حركات العضلات ، ويمكن أن تكون هذه أداة جديدة تسمح لها بممارسة نوع متطور من التحكم. هذا مثير جدا “.
المصدر
ايهاب محمد زايد-مصر
تغير الديدان الأسطوانية تدفق المواد داخل وخارج أفواهها استجابة للضوء الساطع ، لتكشف عن طريقة جديدة للخلايا العصبية للتحكم في خلايا العضلات.
لأكثر من عقد من الزمان ، عرف الباحثون أن الدودة المستديرة Caenorhabditis elegans يمكنها اكتشاف الضوء ذي الموجة القصيرة وتجنبه ، على الرغم من افتقارها إلى العيون وجزيئات امتصاص الضوء اللازمة للرؤية. كطالب دراسات عليا في مختبر هورفيتز ، اقترح نيخيل بهاتلا تفسيرًا لهذه القدرة.
ولاحظ أن التعرض للضوء لا يؤدي فقط إلى إبعاد الديدان عن الطعام ، بل دفعها أيضًا إلى التوقف عن تناول الطعام. قاده هذا الدليل إلى سلسلة من الدراسات التي أشارت إلى أن موضوعاته المتلوية لا يرون الضوء على الإطلاق – كانوا يكتشفون المواد الكيميائية الضارة التي ينتجها ، مثل بيروكسيد الهيدروجين. بعد فترة وجيزة ، أدرك مختبر هورفيتز أن الديدان لا تتذوق المواد الكيميائية السيئة التي يولدها الضوء فحسب ، بل تبصقها أيضًا.
الآن ، في دراسة نُشرت مؤخرًا في eLife ، أبلغ فريق بقيادة طالب الدراسات العليا السابق ستيف ساندو عن الآلية التي يقوم عليها البصق في C. elegans. تعتبر خلايا العضلات الفردية بشكل عام أصغر الوحدات التي يمكن للخلايا العصبية التحكم فيها بشكل مستقل ، لكن نتائج الباحثين تشكك في هذا الافتراض.
في حالة البصق ، قرروا أن الخلايا العصبية يمكنها توجيه مناطق فرعية متخصصة لخلية عضلية واحدة لتوليد حركات متعددة – مما يوسع فهمنا لكيفية تحكم الخلايا العصبية في خلايا العضلات لتشكيل السلوك.
روبرت هورفيتز ، أستاذ علم الأحياء ديفيد إتش كوخ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “حقق ستيف اكتشافًا رائعًا وهو أن تقلص منطقة صغيرة لخلية عضلية معينة يمكن فصله عن تقلص بقية الخلية نفسها”.
عضو في معهد ماكجفرن لأبحاث الدماغ ومعهد كوخ لأبحاث السرطان التكاملي ، ومحقق معهد هوارد هيوز الطبي ، وكبير مؤلفي الدراسة. “علاوة على ذلك ، وجد ستيف أن مقصورات العضلات تحت الخلوية يمكن التحكم فيها بواسطة الخلايا العصبية لتغيير السلوك بشكل كبير.”
تشبه الديدان الأسطوانية المكانس الكهربائية التي تتلوى حول البكتيريا. فم الدودة ، المعروف أيضًا باسم البلعوم ، عبارة عن أنبوب عضلي يحبس الطعام ويمضغه ثم ينقله إلى الأمعاء من خلال سلسلة من الانقباضات “الضخية”.
لقد عرف الباحثون منذ أكثر من عقد من الزمان أن الديدان تهرب من الأشعة فوق البنفسجية أو البنفسجية أو الزرقاء. لكن بهاتلا اكتشف أن هذا الضوء يقطع أيضًا ضخ البلعوم المستمر ، لأن الطعم الناتج عن الضوء مقرف جدًا لدرجة أن الديدان تتوقف عن التغذية. عندما نظر عن قرب ، لاحظ بهاتلا أن استجابة الديدان كانت في الواقع شديدة الدقة. بعد توقف مبدئي ، يبدأ البلعوم لفترة وجيزة في الضخ مرة أخرى على دفعات قصيرة قبل التوقف تمامًا – تقريبًا كما كانت الدودة تمضغ قليلاً حتى بعد تذوق الضوء البغيض. في بعض الأحيان ، تفلت الفقاعة من الفم ، مثل التجشؤ.
بعد انضمامه إلى المشروع ، اكتشف ساندو أن الديدان لم تكن تتجشأ ولا تستمر في المضغ. وبدلاً من ذلك ، كانت “مضخات الانفجار” تقود المواد في الاتجاه المعاكس ، خارج الفم إلى البيئة المحلية ، بدلاً من العودة إلى البلعوم والأمعاء. بمعنى آخر ، تسبب الضوء السيئ المذاق في أن تبصق الديدان. ثم قضى ساندو سنوات في مطاردة موضوعاته حول المجهر بضوء ساطع وتسجيل أفعالهم بالحركة البطيئة ، من أجل تحديد الدوائر العصبية وحركات العضلات المطلوبة لهذا السلوك.
يقول ساندو: “كان اكتشاف أن الديدان بصق مفاجئًا للغاية بالنسبة لنا ، لأن الفم بدا وكأنه يتحرك مثلما يتحرك عندما يمضغ”. “اتضح أنك تحتاج حقًا إلى تكبير الأشياء وإبطاء سرعتها لمعرفة ما يحدث ، لأن الحيوانات صغيرة جدًا والسلوك يحدث بسرعة كبيرة.”
لتحليل ما يحدث في البلعوم لإنتاج حركة البصق هذه ، استخدم الباحثون شعاع ليزر صغير لإزالة الخلايا العصبية والعضلية من الفم جراحيًا ومعرفة كيف يؤثر ذلك على سلوك الدودة. كما قاموا بمراقبة نشاط الخلايا في الفم عن طريق وسمها ببروتينات “مراسلة” فلورية مصممة خصيصًا.
ورأوا أنه بينما تأكل الدودة ، تتقلص ثلاث خلايا عضلية باتجاه مقدمة البلعوم تسمى pm3s وتسترخي معًا في نبضات متزامنة. ولكن بمجرد أن تتذوق الدودة الضوء ، فإن المناطق الفرعية من هذه الخلايا الفردية الأقرب إلى مقدمة الفم تصبح مغلقة في حالة من الانكماش ، مما يفتح مقدمة الفم ويسمح بدفع المواد للخارج. هذا يعكس اتجاه تدفق المادة المبتلعة ويحول التغذية إلى بصق.
قرر الفريق أن ظاهرة “فك الاقتران” هذه تتحكم فيها خلية عصبية واحدة في مؤخرة فم الدودة. تسمى هذه الخلية العصبية M1 ، وهي تحفز تدفقًا موضعيًا للكالسيوم في الطرف الأمامي لعضلة pm3 من المحتمل أن تكون مسؤولة عن تحفيز الانقباضات الخلوية الفرعية.
ينقل M1 معلومات مهمة مثل لوحة التبديل. يستقبل الإشارات الواردة من العديد من الخلايا العصبية المختلفة ، وينقل تلك المعلومات إلى العضلات المشاركة في البصق. يشك ساندو وفريقه في أن قوة الإشارة الواردة يمكن أن تضبط سلوك الدودة استجابةً لتذوق الضوء. على سبيل المثال ، تشير النتائج التي توصلوا إليها إلى أن الطعم المقزز يثير شطفًا قويًا للفم ، في حين أن الإحساس المزعج إلى حد ما يتسبب في بصق الدودة بشكل أكثر رقة ، وهو ما يكفي فقط لإخراج المحتويات.
في المستقبل ، يعتقد ساندو أنه يمكن استخدام الدودة كنموذج لدراسة كيفية تحفيز الخلايا العصبية لمناطق فرعية من خلايا العضلات لتضييق وتشكيل السلوك – وهي ظاهرة يشتبهون في حدوثها في حيوانات أخرى ، ومن المحتمل أن تشمل البشر.
يقول ساندو: “لقد وجدنا أساسًا طريقة جديدة للخلايا العصبية لتحريك العضلات”. “الخلايا العصبية تنسق حركات العضلات ، ويمكن أن تكون هذه أداة جديدة تسمح لها بممارسة نوع متطور من التحكم. هذا مثير جدا “.
المصدر
