محققان راز دیرینه انقباض سلول های قلبی را کشف می کنند

محققان راز دیرینه انقباض سلول های قلبی را کشف می کنند

همه ما آثار آدرنالین را تجربه کرده ایم. در مواجهه با خطر واقعی یا احساس خطر و یا وقتی بدن می خواهد برای ستیز یا گریز آماده شود، قلب سریع تر می تپد، تنفس سریع می شود و عضلات و ماهیچه ها سفت می شوند. نقش آدرنالین در پاسخ ستیز و گریز یکی از پدیده هایی است که در زیست شناسی به خوبی درباره آن مطالعه شده است. با این حال، هنوز مکانیسم های دقیق مولکولی مرتبط با چگونگی تحریک عملکرد قلب به واسطه هورمون، مشخص نیست.

اکنون محققان دانشکده پزشکی هارواد و دانشگاه کلمبیا توانسته اند راز دیرینه چگونگی تنطیم پروتئین های غشایی (کانال های کلسیمی که وظیفه شروع انقباض های قلبی را دارند) توسط آدرنالین را کشف کنند. این تیم با استفاده از تکنیک معروف به پروتیومیکس مجاورت، دریافتند در شرایط نرمال پروتیینی به نام Rad ، فعالیت کانال های کلسیم را کاهش می دهد. هنگامی که سلول های قلبی در معرض دارویی مشابه آدرنالین قرار می گیرند، Rad از کانال خارج شده و منجر به فعالیت بیشتر و ضربان قوی تر قلب می شود.

این یافته ها چگونگی تحریک مکانیکی قلب توسط آدرنالین را توضیح می دهد و همچنین راهکارهای تازه برای کشف داروهای قلبی عروقی جدید، ارایه می دهند. نویسندگان این تحقیق معتقدند، این نتایج راه کارهای جدیدی را برای تولید داروهایی فراهم می کند که ضمن تاثیرگذاری در حد داروهای موجود به طور بلقوه از بتا بلاکرها (گروهی از داروها که طور گسترده برای خنثی کردن اثر آدرنالین بر روی مشکلات قلبی عروقی نظیر فشار خون بالا تجویز می شوند) ایمن تر هستند.

یکی از محققان این تیم به نام Marian Kalocsay می گوید:« در شرایط عادی، کانال های کلسیم به طورموثردر قلب فعالیت دارند اما آن ها ترمزی به نام پروتیین Rad دارند. وقتی ما به تمام قدرت خود نیاز داریم ، آدرنالین این ترمز دستی را آزاد می کند تا کانال های مربوطه سریع تر باز شوند و عملیات ستیز و گریز را تقویت کنند.»

نویسندگان این مقاله خاطرنشان کردند که این نتایج می تواند برای سایر محققان به ویژه در زمینه علوم اعصاب جالب باشد چراکه کانال های کلسیمی در برانگیختگی عصبی نقش اساسی دارند. به عنوان عامل اصلی عملکرد های قلبی، کانال های کلسیم در غشای سلول های ماهیچه ای قلب تعبیه شده اند. این کانال ها برای کنترل جریان ورود یون های کلسیم به داخل سلول، گشاد و تنگ می شوند. وقتی این کانال ها باز می شوند، در ادامه ورود یون های کلسیم، قلب شروع به انقباض می کند. آدرنالین کانال های کلسیمی را به واسطه فعال کردن پروتیینی به نام PKA تحریک می کند؛ این پروتئین ها موجع به فعال شدن کانال ها می شوند. برای ده ها سال تصور می شد که PKA این عمل را با تغییر مناطق خاصی در کانال، موسوم به سایت های فسفوریلاسیون PKA انجام می دهد، ولی شواهد نشان داد که این فرضیه درست نیست. در مطالعه اخیر، این تیم با مهندسی ژنتیک موش هایی با سلول های ماهیچه ای فاقد سایت های فسفوریلاسیون ایجاد کردند. آنها دریافتند، سلول های اصلاح شده هنگام تحریک با دارویی مشابه با آدرنالین، واکنش نشان می دهند که این گواهی است بر این امر که باید عامل ناشناخته ای علت این واکنش باشد. محققان به تکنیک مجاورت پروتیومیکس روی آوردند، روشی که به آن ها امکان می دهد تا تقریبا هر پروتینی را در نزدیکی کانال های کلسیم، با فاصله تقریبی 20 نانومتری، شناسایی کنند. این تیم قبل و بعد از تزریق دارویی مشابه با آدرنالین پروتیین ها را در سلول های ماهیچیه ای قلب سالم موش بررسی کردند. تجزیه و تحلیل ها نشان داد فقط یک پروتیین، به نام Rad در نزدیکی محل کانال تغییر اساسی می کند این تغییر به صورت کاهش 30 الی 50 درصدی درنزدیکی کانال قابل مشاهده بود.

برای بررسی های بیشتر، محققان این سیستم سیگنالینگ را خارج از سلول های قلبی باز سازی کردند. آنها همزمان Rad و کانال کلسیم را در سلول های کبدی انسان (در حالت عادی هیچ یک را ندارند) بیان کردند. وقتی سلول های حاوی Rad و کانال های کلسیمی، در معرض داروهای مشابه با آدرنالین قرار گرفتند، فعالیت کانال به طرز چشمگیری افزایش یافت. درحالی که سلول های فاقد Ra یا پاسخ کمی از خود نشان می دادند و یا هیچ پاسخی نمی دادند.

محققان گفته اند تاکنون امکان تولید مجدد مدولاسیون کلسیم از این طریق وجود ندارد چرا که Rad به عنوان یک عنصر مهم از بین رفته است. آزمایش های دیگر ثابت کرد نقش Rad کاهش فعالیت کانال های کلسیمی است. هنگامی که یک سیگنال مثل آدرنالین به سلول داده می شود، PKA باعث تغییر شکل مناطقی از پروتیین Rad می شود که سبب جدا شدن آن از کانال های کلسیمی می شود. بنابراین فعالیت کانال های کلسیمی افزایش میابد.

این کشف، مسیرهای جدیدی را در تحقیقات علمی باز می کند زیرا کانال های کلسیمی در طیف گسترده ای از اندام ها، نقش اصلی دارند. علاوه بر این، تکنیک های مورد استفاده در این مطالعه، از جمله اسپکترومتری جرمی و ... به محققان اجازه می دهد تا زیست شناسی پروتتین و تعامل های بی سابقه ومنحصر به فرد، ازجمله رفتار پروتیین ها در اندام های سالم را بررسی کنند.

محققان می گویند این یافته ها می توانند رویکردهای جدید درمانی را معرفی کنند. به عنوان مثال، اختلال در تعامل بین پروتیین Rad و کانال کلسیم می تواند با افزایش جریان کلسیم به داخل سلول، عملکرد قلب را تقویت کنند. در مقابل، جلوگیری از تغییر پروتیین Rad که به وسیله PKA انجام می شود، می تواند جایگزین بتابلاکرها برای کاهش جریان کلسیم به سلول های قلبی باشد.

مارکس می گوید:« جالب است که در نهایت توانستیم کشف کنیم که کانال های کلسیم قلبی چگونه در واکنش های ستیز یا گریز تحریک می شوند. این راز برای بیش از 40 سال حل نشده باقی مانده بود. در پایان مکانیسم این عمل، ساده و ظریف به نظر می رسد. با این یافته ها، ما میتوانیم درمان های جدیدی را برای بیماری های قلبی پیدا کنیم.»

منتشر شده در 23 ژانویه 2020 www.news-medical.net