علماء يكشفون كيف يميز الدماغ بين الكالسيوم والمغنيسيوم
المعلومة/ متابعة..
تمكن فريق من العلماء من حل لغز علمي طالما حيّر الباحثين حول الطريقة التي يميز بها الدماغ بين عنصري الكالسيوم والمغنيسيوم، رغم التشابه الكبير بينهما، في اكتشاف قد يفتح آفاقا جديدة لفهم آليات التعلم والذاكرة واضطرابات الدماغ العصبية.
وباستخدام تقنية تصوير متطورة التقطت أكثر من 50 ألف مقطع فيديو، كشف الباحثون السبب الذي يجعل الكالسيوم قادرا على المرور عبر القنوات العصبية داخل الدماغ، بينما يبقى المغنيسيوم عالقا خارجها.
وأظهرت الدراسة أن المغنيسيوم يجذب جزيئات الماء المحيطة به بقوة أكبر من الكالسيوم، ما يجعله أكبر حجما ويمنعه من عبور القناة العصبية، في حين يفقد الكالسيوم هذه الجزيئات بسهولة أكبر، فيصبح أصغر حجما وقادرا على المرور، وهي عملية أساسية ترتبط بالتعلم وتكوين الذاكرة.
ويعرف العلماء منذ سنوات أن عمليات التعلم والتذكر تعتمد على تفاعلات كهربائية وكيميائية داخل الدماغ، حيث يلعب الكالسيوم والمغنيسيوم دورا محوريا داخل مستقبلات عصبية تعرف باسم NMDARs.
ويعمل المغنيسيوم عادة على سد هذه القنوات العصبية، لكن عند إزالة هذا الحاجز يتمكن الكالسيوم من المرور، ما يسمح للدماغ بأداء وظائفه الحيوية. غير أن السؤال الذي بقي دون إجابة لعقود تمثل في كيفية قدرة الدماغ على التفريق بين العنصرين، رغم أنهما متشابهان ويحملان الشحنة الكهربائية نفسها.
وأوضح البروفيسور هيرو فوروكاوا، قائد فريق البحث في مختبر كولد سبرينغ هاربور، أن الاختلاف الرئيسي يكمن في قدرة المغنيسيوم الأكبر على جذب الماء، ما يجعل إزالة هذه الجزيئات من حوله أكثر صعوبة مقارنة بالكالسيوم.
واستخدم الباحثون تقنية المجهر الإلكتروني المتطور cryo-EM لتوثيق ما يحدث داخل القناة العصبية بدقة غير مسبوقة، مع التركيز على جزء جزيئي يعرف باسم “قفص الأسباراجين”، والذي يعمل كمرشح دقيق يسمح فقط بمرور الجزيئات الصغيرة.
وأظهرت المقاطع المصورة أن المغنيسيوم يبقى محاطا بجزيئات الماء، ما يجعله كبير الحجم وغير قادر على عبور المرشح، بينما يفقد الكالسيوم الماء بسهولة أكبر ويتمكن من المرور دون عوائق.
ولم يكتف الفريق بالتصوير فقط، بل استخدم أيضا تقنيات الفيزيولوجيا الكهربية لتأكيد النتائج، في خطوة اعتبرها الباحثون ضرورية لفهم إحدى أهم الآليات الجزيئية المرتبطة بالتعلم والذاكرة.
وأشار العلماء إلى أن هذا “القفص” الجزيئي قد يتعرض لطفرات وراثية مرتبطة باضطرابات تعرف باسم اضطرابات GRIN، وهي حالات تسبب إعاقات نمائية شديدة ومشكلات عصبية معقدة، مثل فقدان القدرة على الكلام أو المشي ونوبات الصرع الحادة.
ويرى الباحثون أن هذا الاكتشاف قد يمهد الطريق مستقبلا لفهم تأثير هذه الطفرات بصورة أدق، وربما تطوير علاجات جديدة للأمراض العصبية المرتبطة بها. انتهى 25
