بالعربي

حويصلة التشابك العصبي(Synaptic vesicle)

 

في الخلية العصبية، تقوم حويصلات التشابك العصبي (حويصلات النواقل العصبية) بتخزين العديد من النواقل العصبية التي تطلق في التشابك العصبي. وذلك الإطلاق منظم من قبل قنوات الكالسيوم المعتمدة على الفولتية “فرق الجهد الكهربائي”. تبرز أهمية هذه الحويصلات في نقل السيلان العصبي بين الخلايا العصبية، كما يتم إعادة إنتاجهم بشكل دوري. المنطقة التي تتواجد فيها مجموعات الحويصلات في المحور العصبي تسمى النهايات العصبية، أو “الأزرار العصبية”. أكثر من 130 حويصلة قد تطلق لكل زر عصبي على فترة 10 دقائق من التحفيز بتردد 0.2 هيرتز. [1]  في منطقة  V1من دماغ الإنسان، حويصلات التشابك العصبي لها متوسط قطر يساوي 39.5 نانومتر، وانحراف معياري يساوي 5.1 نانومتر.

نبذة تاريخية

بمساعدة المجهر الإلكتروني في بدايات 1950، فقد تم اكتشاف عدد كبير من الحويصلات الشفيفة للإلكترونات في النهايات العصبية.[3][4] وأول من استخدم مصطلح حويصلة التشابك العصبي هم دي روبيرتيس و بينيت في عام 1954.[5] وذلك بعد اكتشاف قدرة النواقل المطلقة في الوصلة العصبية العضلية في الضفدع على إنشاء جهود بعد تشابكية صغيرة، وذلك قد أرجع لإطلاق كميات منفصلة من الناقل العصبي (كوانتا) من العصب ما قبل التشابك العصبي.[6][7] وكان من المنطقي بعدها لفرض أن الحويصلات قد احتوت على الناقل العصبي (أستيل كولين)، والتي تطلق محتواها عن طريق آلية إفراز في الشق التشابكي (فرضية الحويصلات). [8][9]

أما عن الرابط المفقود فقد كان إثبات وجود الأستيل كولين في الحويصلات التشابكية. بعد عشر سنين، سمح تطبيق تقنية التجزئة الدون خلوية على نسيج دماغي بعزل نهايات عصبية (قطعة التشابك العصبي) بداية،[10] وتدريجيا بعزل الحويصلات التشابكية من دماغ ثدييات. وقد تنافس في ذلك مختبران، بقيادة فيكتور ب. ويتايكر في معهد فسيولوجيا الإنسان، مجلس الأبحاث الزراعية، بابراهام، كامبريدج، المملكة المتحدة، و مختبر إدواردو دي روبيرتيس في معهد التشريح العام وعلم الأجنة، كلية الطب, جامعة بوينوس آيرس، الأرجنتين. أعمال ويتايكر في إثبات وجود الأستيل كولين في أجزاء الحويصلات من دماغ خنزير البحر الهندي نشرت لأول مرة في ملخص في عام 1960 وبعدها بتفاصيل أكثر في عام 1963 و 1964،[11][12] والورقة البحثية لمجموعة دي روبيرتيس التي تثبت وجود كمية غنية من الأستيل كولين في أجزاء حويصلات التشابك العصبي من دماغ فأر ظهرت عام 1963.[13] كلتا المجموعتين استخلصتا حويصلات التشابك العصبي من عينة معزولة من النهايا العصبية عن طريق الصدمة الأسموزية. وقدرت كمية الأستيل كولين في الحويصلة بـ 1000-2000 جزيء.[14]  وهناك أعمال لاحقة أثبتت وجود نواقل عصبية أخرى في الحويصلات؛ مثل الحموض الأمينية، كاتيكول أمين، السيروتونين و ATP. ولاحقا، أصبح من الممكن عزل حويصلات التشابك العصبي من أنواع أخرى من الأنسجة مثل العقد العصبية العنقية العليا،[15] ودماغ الاخطبوط.[16]  وخطوة مهمة في دراسة الكيمياء الحيوية للحويصلات ووظائفها كانت بعزل أجزاء منقاة من الحويصلات التشابكية الكولينية من جهاز أشعة توربيدو الكهربائي.[17][18]

التركيب الكيميائي

تعد حويصلات التشابك العصبي بسيطة التركيب؛ وذلك لوجود عدد قليل من البروتينات التي يمكن تواجدها في حيز صغير ذو قطر مساو ل40 نانومتر. الحويصلات المنقاة تحتوي على نسبة بروتينات:فوسفوليبيدات تساوي 3:1، كما أن التركيب الدهني يتشكل من 40% فوسفوتيديلكولين، 32% فوسفوتيديل إيثانول أمين، 12% فوسفوتيديل سيرين، 5% فوسفوتيديل إينوسيتول، و10% كوليسترول. [20]

تحوي الحويصلات على مكونين أساسيين، هما: البروتينات الناقلة؛ لسحب النواقل العصبية، وبروتينات مهمة لعمليات الإخراج الحويصلي، البلعمة، وإعادة الاستخدام.

تتكون البروتينات الناقلة من مضخات البروتونات المولدة الفرق الكهروكيميائي، والتي تسمح بسحب النواقل العصبية، بالإضافة لحاملات النواقل العصبية المنظمة لعملية سحب النواقل العصبية.

أما البروتينات المحركة فتكون معقدة جدا. وتشمل بروتينات غشائية مستقلة، وبروتينات طرفية الربط، وبروتينات مثل “سناري”. ولا تتشارك هذه البروتينات بخصائص تعرفها على أنها بروتينات حويصلات التشابك العصبي، كما أن القليل يُعرف عن طريقة إدخالها في الحويصلات. الكثير من بروتينات حويصلات التشابك العصبي تتفاعل مع بروتينات أخرى لأداء وظائف محددة. [20]

العناصر اللازمة لحركة النواقل العصبية المختلفة إلى داخل الحويصلات معطى في الجدول الآتي.

أنواع النواقل العصبية الحركة للداخل الحركة للخارج
نوريبينيفرين، دوبامين، هيستامين، سيروتونين

ناقل عصبي+

2 H+
جابا وجلايسين

ناقل عصبي

1 H+
جلوتاميت

ناقل عصبي + Cl

1 H+

مؤخرا، تم اكتشاف وجود مركبات RNA صغيرة، تشمل قطع tRNA، YRNA  و mirRNAs. وتعتبر هذه الدراسة بوابة هامة في دراسة التشابكات العصبية الكيميائية.

آثار السموم العصبية

بعض السموم العصبية، مثل باتراكوتوكسين، تعرف بقدرتها على تدمير حويصلات التشابك العصبي. سم التشنج يؤثر على بروتينات مرتبطة بغشاء الحويصلات VAMP، نوع من v-SNARE، بينما تؤثر سموم بوتولينيوم على t-SNARE و v-SNARE مؤدية إلى تثبيط التوصيل العصبي في منطقة التشابك العصبي. [22] كما يرتبط سم العنكبوت “ألفا- لاتروتوكسين” بنيوريكسين، مؤديا إلى الاإضرار بالحويصلات وإفراز كميات كبيرة من النواقل العصبية.

حقول الحويصلات

تترتب الحويصلات في النهايات العصبية في ثلاث مجموعات؛ الحقل الإفرازي، حقل إعادة التصنيع، وحقل التخزين. [23] ويمكن تمييز هذه الحقول بناء على وظائفها ومواقعها المميزة في النهايات العصبية. يصطف الحقل الإفرازي بمحاذاة الغشاء الخلوي، بحيث يتم إفراز هذه المجموعة أولا عند التحفيز. ويتميز هذا الحقل بصغر الحجم وسهولة الإجهاد. أما حقل إعادة التصنيع فيقع بالقرب من الغشاء الخلوي، والذي يميل للدوران عند التحفيز متوسط القوة، للحفاظ على سرعة تحرير الحويصلات مساوية أو أبطأ من سرعة تكوينها. ويكون هذا الحقل أكبر من الحقل الإفرازي، لكنه أبطأ في التنقل. يحوي حقل التخزين على أغلب الحويصلات في النهايات العصبية، إلا أنه ليس واضحا إن كانت تفرز في الوضع الطبيعي. وبالظروف التجريبية، فإنه تحت تأثير التحفيز الشديد تم تحرك هذا الحقل، وذلك يتم بعد استهلاك الحقلين السابقين. [23]

دورة حويصلة التشابك العصبي

يمكن تقسيم دورة حويصلة التشابك العصبي إلى الأحداث التالية: [24]

التوجه لمنطقة التشابك العصبي

بداية، يتم تحريك مكونات الحويصلات نحو منطقة التشابك العصبي عن طريق بروتينات ناقلة من عائلة الكاينيسين. في دودة سي إليجانس، الناقل الأساسي للحويصلات هو UNC-104. [25] وتشير بعض الأدلة لوجود بروتينات أخرى مثل UNC-16/Sunday Driver تقوم بتنظيم النواقل لنقل الحويصلات. [26]

تعبئة النواقل

تعبأ الحويصلات بالنواقل العصبية حال وصولها لمنطقة التشابك العصبي. وتحتاج هذه العملية للطاقة ولعمليات النقل النشط يتم فيها استخدام حاملات النواقل العصبية ومضخات البروتونات المعتمدة على جزيءATP، والتي تنشئ فرق كهروكيميائي. وتعتبر هذه الحاملات انتقائية لعائلات مختلفة من النواقل العصبية. كما تم اكتشاف unc-17 وunc-47، والتي تترجم لحاملات استيل كولين الحويصلية وحاملات جابا GABA الحويصلية. [27]

الإرساء

من اللازم إرساء الحويصلات المعبأة بجانب موقع الإفراز، إلا أن الإرساء خطوة لا نعرف عنها الكثير. تم التعرف على العديد من البروتينات المتواجدة على الحويصلات وفي مواقع الإفراز، إلا أن ليس من التفاعلات الحادثة بين هذه البروتينات ما قد يكون مسؤولا عن عملية الإرساء. وجود طفرات في unc-18 وrab-3 يؤثر على إرساء الحويصلات أو ترتيبها في موقع الإفراز، إلا أنها لا تعيق الإرساء بشكل تام. [28] ومما وجد، فلا تشارك بروتينات SNARE في عملية الإرساء.

التحضير

بعد أن تم إرساء الحويصلات بشكل أولي، يجب تحضيرها قبل أن تستطيع الاندماج مع الغشاء الخلوي. يتم بهذه المرحلة تحضير الحويصلات حتى تتمكن من الاندماج مع الغشاء الخلوي بسرعة استجابة لدخول أيونات الكالسيوم. وبهذه المرحلة يُعتقد تكون تجمعات بروتينات SNARE بشكل جزئي. كما أن بعض البروتينات مثل Munc13, RIM-BP, RIM تشارك بهذه الخطوة. [29] وتكمن وظيفة Munc13 في إحداث تغير في t-SNARE syntaxin من الهيكل المغلق للهيكل المفتوح، والذي يؤدي إلى اندماج تجمعات v-SNARE/t-SNARE. [30] كما أن RIM يدخل في تنظيم عملية التحضير، لكنه ليس أساسيا للعملية.

5- الاندماج مع الغشاء الخلوي

تندمج الحويصلات المحضرة بسرعة بالغشاء الخلوي استجابة لارتفاع كميات الكالسيوم بالسيتوبلازم. وهذا الحدث ينظمه مباشرة SNAREs باستخدام الطاقة الناجمة عن تجمع SNARE. أما عن العضو المستقبل للكالسيوم في هذه الخطو فهو ساينابتوتاجمين البروتين الحويصلي المرتبط بالكالسيوم. وقد تم مؤخرا تركيب قدرة SNARE على تنظيم عملية الاندماج المعتمدة على الكالسيوم خارج الخلايا الحية. ونظرا لأهمية دور SNARE في تنظيم عملية الاندماج، فإن طفرات v-SNARE وt-SNARE في دودة سي إليجانس تعتبر مميتة. وكذلك، فإن الطفرات في ذبابة الفاكهة وضربات الفئران تؤكد على أهمية الدور الذي يؤديه SNARES في عملية الإخراج الخلوي في منطقة التشابك العصبي. [24]

البلعمة

وتتم عملية إعادة أخذ حويصلات التشابك العصبي حسب نموذج الاندماج كامل الاتصال. إلا أن بعض الدراسات قد قدمت دلائل تدل على أن ليس هذا النوع من الاندماج والبلعمة ما يحدث في جميع الحالات.

إعادة تدوير الحويصلات

هناك طريقتين يُعتقد أنهما مسؤولتان عن إعادة تدوير الحويصلات: الاندماج تام الانهيار، و طريقة “الاندماج والإفلات”.كلا الطريقتين تبدآن بتكوين الثقب التشابكي الذي يحرر النواقل العصبية. بعد بثق النواقل العصبية، إما أن يتوسع الثقب بشكل كامل بحيث أن الحويصلة تنهار بالكامل بالغشاء التشابكي، أو أن يغلق الثقب بسرعة ويغلق الغشاء لتكوين اندماج “الاندماج والإفلات”.[31]

الاندماج تام الانهيار

لقد ثبت أن فترات التحفيز الشديد في التشابك العصبي تستنزف الكثير من الحويصلات بالإضافة لزيادة مواسعة ومساحة سطح الخلية.[32] وذلك يشير إلى أن الحويصلات بعد أن تقوم بإفراغ محتواها من النواقل العصبية, فإنها تندمج مع غشاء الخلية. وقد وجد هويزر وريز أن مناطق من الغشاء الخلوي قد استهلكت من قبل الخلية وتحولت لحويصلات التشابك العصبي وذلك بعد تم تعليمها بـHRP (بيروكسيديز الفجل).[33] وأشارت الدراسات إلى أن الدورة الكاملة من الإخراج الخلوي، الاسترداد وإعادة التكوين لحويصلات التشابك العصبي لا تكاد تستغرق دقيقة واحدة.[34]

في الاندماج تام الانهيار، تندمج الحويصلة بالغشاء الخلوي. عملية تكوين الغشاء الجديد تكون منظمة من قبل البروتينات، وتحدث تحت ظروف معينة. بعد جهد الفعل، تدخل أيونات الكالسيوم لداخل الغشاء ما قبل التشابك. وترتبط أيونات الكالسيوم ببروتينات خاصة في السيتوبلازم، ومن هذه لبروتينات “سينابتوتاغمين”، والذي يحفز عملية الاندماج الكامل للحويصلة مع غشاء الخلية. ويتم اندماج الثقب بمساعدة بروتينات SNARE. تقوم هذه العائلة من البروتينات بتنظيم إرساء الحويصلات بطريقة معتمدة على جزيئات ATP. وتتم عمليات الإرسا، التحضير والاندماج للحويصلات مع الغشاء الخلوي على يد مركبات t-SNARE على الغشاء الخلوي، بمساعدة “سينابتوبريفين” على الحويصلة.[35]

وقد تم التوصل إلى أن عملية الاندماج تام الانهيار تستهدف من قبل سموم بوتولينيوم وتيتانس. حيث يمتلك بوتولينيوم وظيفة تحطيم البروتينات ويقوم بتحطيم بروتين SNAP-25.[36] إذ يقوم بوتولينيوم بتفكيك بروتينات SNARE، وبذلك يمنع الحويصلات من الاندماج مع الغشاء الخلوي وإفراغ محتواها من النواقل العصبية. كما يقوم تيتانس بعملية شبيهة، إلا أنه يقوم بمهاجمة بروتين سينابتوبريفين على الحويصلة. وتمنع هذه السموم العصبية حويصلات التشابك العصبية من إتمام عملية الاندماج تام الانهيار. ويؤدي ذلك إلى تشنج العضلات، الشلل والموت أحيانا.

الاندماج والإفلات

تعتبر “الاندماج والإفلات” الطريقة الثانية لتدوير الحويصلات. وبهذه الطريقة، حويصلة التشابك العصبي تندمج بغشاء الخلية، منتجة ثقب صغير لخروج النواقل العصبية، وبعدها يغلق الثقب ويتم إعادة تدوير الحويصلة بداخل الخلية.[31] وتعتبر طريقة الندماج والإفلات إحدى أهم القضايا النقاشية. وقد تم ملاحظة وتسجيل آثار هذه الطريقة، إلا أن سبب استخدامها بدلا من طريثة الاندماج تام الانهيار لا زال يستكشف. وافتُرض أن هذه الطريقة تستخدم للحفاظ علة مصادر شحيحة من النواقل العصبية بالإضافة لاستخدامها للاستجابة للمؤثرات ذات الترددات العالية.[37] أثبتت التجارب أن الاندماج والإفلات تحدث بالتأكيد. وتم رصد ذلك أولا عن طريق كاتز وديل كاستيو، كما رصد لاحقا أن الاندماج والإفلات تختلف عن الاندماج تام الانهيار، حيث أن مواسعة الخلية لم تزددْ أثناء طريقة الاندماج والإفلات.[37] وقد دعم ذلك فكرة الاندماج والإفلات، أن الحويصلات تبثق محتواها من النواقل العصبية ثم تنفصل عن الغشاء الخلوي.

تعديل الطرق

وبذلك فإن الخلايا تتبع على الأقل طريقتين لتدوير الغشاء. وتحت ظروف معينة، فإن الخلايا تبدل من طريقة لأخرى. كما أن الاندماج تام الانهيار تطغو، وتعتبر طريقة بطيئة وتقليدية وتسلكها الخلية عندما تكون كميات أيونات الكالسيوم منخفضة. أما الاندماج والإفلات فتسلكها الخلية عندما تكون كميات أيونات الكالسيوم مرتفعة.

وقد أظهر أليس وآخرون أن رفع تركيز أيونات الكالسيوم يعمل على تبديل طريقة التدوير للاندماج والإفلات معتمدةً على أيونات الكالسيوم. وقد تم افتراض أن أثناء إفراز النواقل العصبية في منطقة التشابك العصبي، يتم التحكم بطريقة الإخراج الخلوي من قبل أيونات الكالسيوم لتحصيل أفضل الظروف لبلعمة وإخراج خلوي منسجمان اعتمادا على درجة نشاط التشابك العصبي.[38]

وتشير التجارب إلى أن طريقة الاندماج والإفلات تكون طاغية في بداية التحفيز. بهذا السياق، فإن الاندماج والإفلات تعكس احتمالية عالية لإطلاق الحويصلات. كما أن الاندماج والإفلات تزداد مع التصعيد والتحفيز السريعين للعصبون، مما يدل على أن الحركية لهذا النوع من التحرير أسرع من أي طريقة أخرى لتحرير الحويصلات.[39]

حويصلة التشابك العصبي .

من العصبون A (ناقل) إلى العصبون B (مستقبل).

مايتوكندريا؛

حويصلة التشابك العصبي مع نواقل عصبية؛

مستقبل تلقائي؛

تشابك عصبي مع ناقل عصبي محرر (سيروتونين)؛

مستقبلات ما بعد التشابك العصبي منشطة بِناقل عصبي (إنشاء جهد فعل بعد التشابك العصبي)؛

قنوات كالسيوم؛

إخراج خلوي لحويصلة؛

ناقل عصبي ملتقط.

عصبونات حصينية أولية بعد 10 أيام من النمو خارج الجسم بمايكروسكوب متحد البؤر. في كلتي الصورتين العصبونات صبغت بـعلامات (سوماتودينريك)، بروتينات مرتبطة بأنيبيب (أحمر). في الصورة اليمنى، حويصلات التشابك العصبي مصبوغة باللون الأخضر (أصفر بمكان تقاطع الأحمر والأخضر). مقياس الصورة (الخط = 25 مايكرومتر).[19]

اسم المترجم: عبد الله محمود الزبده.

اترك تعليق

آخر المقالات