اكتشاف خلية عصبية رئيسية تتحكم في الحركة في الديدان، وهي مهمة للعلاج البشري

اكتشف باحثون من مركز سيناي للصحة وجامعة تورنتو آلية في الجهاز العصبي للدودة الأسطوانية الصغيرة C. elegans والتي يمكن أن يكون لها آثار كبيرة على علاج الأمراض البشرية وتطوير الروبوتات.

ونشرت الدراسة، التي قادها مي تشن وزملاؤه في معهد لونينفيلد-تانينباوم للأبحاث، في مجلة Science Advances ، وتكشف عن الدور الرئيسي لخلية عصبية محددة تسمى AVA في التحكم في قدرة الدودة على التبديل بين الحركة للأمام والخلف.

من الضروري للديدان الزحف نحو مصادر الغذاء والانسحاب بسرعة من الخطر. هذا السلوك، حيث يتعارض الفعلان، شائع لدى العديد من الحيوانات، بما في ذلك البشر، الذين لا يستطيعون الجلوس والجري في آنٍ واحد.

لطالما اعتقد العلماء أن التحكم في حركة الديدان يتم من خلال تفاعل بسيط بين خليتين عصبيتين: AVA وAVB. كان يُعتقد أن الأولى تُعزز الحركة للخلف، بينما تُعزز الثانية الحركة للأمام، حيث يُثبط كل منهما الأخرى للتحكم في اتجاه الحركة.

مع ذلك، تُشكك بيانات جديدة من فريق تشن في هذا الرأي، كاشفةً عن تفاعل أكثر تعقيدًا تلعب فيه الخلية العصبية AVA دورًا مزدوجًا. فهي لا تُوقف الحركة الأمامية فورًا عن طريق تثبيط AVB فحسب، بل تُحافظ أيضًا على تحفيز AVB طويل الأمد لضمان انتقال سلس إلى الحركة الأمامية.

يسلط هذا الاكتشاف الضوء على قدرة الخلايا العصبية AVA على التحكم بدقة في الحركة من خلال آليات مختلفة تعتمد على إشارات مختلفة وعلى مقاييس زمنية مختلفة.

يقول تشنغ، أستاذ علم الوراثة الجزيئية في كلية تيميرتي للطب بجامعة تورنتو: "من منظور هندسي، يُعد هذا تصميمًا اقتصاديًا للغاية. فالتثبيط القوي والمستمر لحلقة التغذية الراجعة يسمح للحيوان بالاستجابة للظروف المعاكسة والهروب. وفي الوقت نفسه، تواصل الخلية العصبية المتحكمة ضخ غاز مستمر في الحلقة الأمامية للانتقال إلى مواقع آمنة".

وقال جون مينج، وهو طالب دكتوراه سابق في مختبر تشنغ والذي قاد الدراسة، إن فهم كيفية انتقال الحيوانات بين مثل هذه الحالات الحركية المتعارضة هو أمر أساسي لفهم كيفية تحرك الحيوانات، وكذلك للبحث في الاضطرابات العصبية.

يُقدّم اكتشاف الدور المهيمن لخلية AVA العصبية رؤى جديدة في الدوائر العصبية التي درسها العلماء منذ ظهور علم الوراثة الحديث قبل أكثر من نصف قرن. وقد نجح مختبر تشنغ في استخدام أحدث التقنيات لتعديل نشاط الخلايا العصبية الفردية بدقة، وتسجيل بيانات الديدان الحية أثناء حركتها.

يؤكد تشن، أستاذ علم الأحياء الخلوي والأنظمة في كلية الآداب والعلوم بجامعة تورنتو، على أهمية التعاون بين التخصصات في هذه الدراسة. أجرى منغ التجارب الرئيسية، بينما أجرى بين يو، طالب الدكتوراه في مختبر شانغ بانغ غاو بجامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا في الصين، تسجيلات كهربائية للخلايا العصبية.

كان تسيف أحمد، وهو زميل ما بعد الدكتوراه السابق في مختبر تشنغ وزميل النظرية الحالي في حرم جانيليا للأبحاث التابع لمعهد هوارد هيوز الطبي في الولايات المتحدة، هو من قاد النمذجة الرياضية التي كانت مهمة لاختبار الفرضيات والحصول على رؤى جديدة.

تختلف نطاقات جهد الغشاء وديناميكياته بين AVA وAVB. المصدر: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002

وتقدم نتائج الدراسة نموذجًا مبسطًا لدراسة كيفية قدرة الخلايا العصبية على إدارة أدوار متعددة في التحكم في الحركة - وهو مفهوم يمكن تطبيقه أيضًا على الحالات العصبية البشرية.

على سبيل المثال، يعتمد الدور المزدوج لـ AVA على جهدها الكهربائي، الذي تنظمه قنوات أيونية على سطحها. ويبحث تشنغ بالفعل في كيفية تورط آليات مماثلة في حالة نادرة تُعرف بمتلازمة CLIFAHDD، والتي تسببها طفرات في قنوات أيونية مماثلة. كما يمكن أن تُسهم هذه النتائج الجديدة في تصميم أنظمة روبوتية أكثر تكيفًا وكفاءة، قادرة على أداء حركات معقدة.

قالت آن كلود جينجراس، مديرة معهد لونينفيلد-تانينباوم للأبحاث ونائبة رئيس قسم الأبحاث في سيناي هيلث: "منذ نشأة العلم الحديث وحتى أحدث الأبحاث العلمية اليوم، لعبت الكائنات الحية النموذجية مثل الديدان الأسطوانية (C. elegans) دورًا هامًا في كشف تعقيد أنظمتنا البيولوجية. تُعدّ هذه الدراسة مثالًا رائعًا على كيفية التعلم من الحيوانات البسيطة وتطبيق هذه المعرفة لتطوير الطب والتكنولوجيا".