הקשר בין מתח חשמלי לגמישות מוחית

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב, מצא לראשונה קשר ישיר ומובהק בין שינויים בקולטנים המצומדים לחלבון G לבין יכולתו של המוח להתרגל לשינויים חיצוניים

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב, מצא לראשונה קשר ישיר ומובהק בין שינויים בקולטנים המצומדים לחלבון G לבין יכולתו של המוח להתרגל לשינויים חיצוניים. המחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature Communications, נערך ע”י ד”ר משה פרנס וצוותו מהפקולטה לרפואה ע”ש סאקלר ובית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב.

במוח שלנו יש כמות גדולה מאוד של קולטנים המצומדים לחלבון G (GPCR). הפעלה של חלבונים אלה גורמת לשרשרת תגובות כימיות בתוך התא. הם נפוצים מאוד במוח ומעורבים כמעט בכל פעילות מוחית, כגון למידה וזיכרון. תאי העצב בהם נפוצים ה- GPCRs, חווים שינויים במתח החשמלי שלהם. לפני 20 שנה, התגלה באופן מפתיע כי ה-GPCRs הינם תלויי-מתח, משמע הם חשים את השינויים במתח החשמלי של תאי העצב ומשנים את תפקודם כתלות במתח. אולם, עד היום לא היה ברור אם לתלות במתח של חלבוני ה- GPCRs יש חשיבות פיזיולוגית המשפיעה על פעילות המוח, על התפיסה שלנו ועל התנהגות. למעשה, הלך הרוח המדעי היה כי לתלות זו במתח אין שום חשיבות פיזיולוגית.

ד”ר פרנס וצוותו חקרו, באמצעות מערכת הריח של זבוב הפירות, האם התלות במתח של GPCRs חשובה לתפקוד המוח. לשם כך, החליטו החוקרים להתמקד בקולטן אחד ממשפחת קולטנים מצומדים לחלבון G (ששמו “מוסקריני מסוג א”). חלבון זה מעורב בין היתר בהתרגלות לריח, תהליך בו עוצמת התגובה לריח פוחתת בעקבות חשיפה מתמשכת אליו. בזכות מנגנון זה, כמה דקות לאחר שנכנסים לחדר עם ריח מובהק – מפסיקים להריח אותו.

ד”ר פרנס מסביר: “תאי העצב מסוגלים לתקשר ביניהם, וגמישות מוחית מתבטאת ביכולת של תאי העצב ליצור חיבורים חדשים אחד עם השני ולשנות חיבורים קיימים – וכך להשפיע על ההתנהגות. חלבון מוסקריני מסוג א’ מעורב בחיזוק הקשר בין תאי עצב, וחיזוק קשר זה גורם לזבובים להתרגל לריח ומעיד על גמישות מוחית תקינה.”

במהלך המחקר, החוקרים הצליחו ע”י עריכה גנטית לנטרל את חיישן המתח של החלבון מוסקריני מסוג א’ וכך לבטל את התלות שלו במתח החשמלי של תא העצב. החוקרים גילו בשיטות מולקולריות, גנטיות ופיזיולוגיות כי ביטול חיישן המתח גורמת למעשה לגמישות מוחית לא מבוקרת ועקב כך לתהליך התרגלות לריח מוגזם ולא מבוקר. ד”ר פרנס מוסיף: “מצאנו שהקולטן המדובר מעורב מאוד בחיזוק הקשר הבין-תאי במוח, הרבה יותר ממה שחשבנו. כאשר ביטלנו את חיישן המתח שלו, הקשר בין תאי העצב התחזק יתר על המידה.

לדברי ד”ר פרנס, “ממצאים אלו משנים את תפיסתנו לגבי קולטנים מצומדים לחלבון G. עד היום לא התייחסו להשפעת מתח חשמלי על תפקודם ועל השלכותיה על גמישות המוח וההתנהגות. הקולטנים הללו מעורבים במערכות ובמחלות מוחיות רבות, וכעת גילינו מנגנון בקרה שניתן לנסות לבסס עליו טיפול תרופתי. בהמשך לכך, אנו ממשיכים לחקור קולטנים נוספים. סביר שלתלות שלהם במתח החשמלי יש חשיבות במערכות נוספות ולא רק במערכת הריח”.

יצוין כי מחקרו זה של ד”ר פרנס מהווה חוליית המשך למחקר שערכו זוג הוריו, פרופ’ חנה פרנס ופרופ’ יצחק פרנס המנוח, לפני כשני עשורים. הם היו הראשונים לגלות כי קולטני GPCR יכולים לחוש מתח חשמלי בתאים אך מחקרם נשאר ברמת החלבונים בלבד. המחקר הנוכחי של ד”ר פרנס וצוותו עובר לשלב הבא, מחבר מולקולות, מוח והתנהגות ומראה בפעם הראשונה כי ביטול יכולתם לחוש מתח חשמלי, משפיע על פעילות המוח ויכולתנו להסתגל לסביבה בצורה מיטבית.

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• זריקת אדרנלין למדע: שני חוקרים בתחום התקשורת הבין תאית זכו בפרס נובל לכימיה לשנת 2012
• דברים שיורמים יודעים: למה הם בוכים כל הזמן?
• איך התא חש את סביבתו?