فیزیکدانان الگوی جدیدی را برای رشد فیبر در بیماری‌های عصبی آشکار می‌کنند

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

برخی از پروتئین هایی که با بیماری های عصبی مرتبط هستند می توانند هم قطرات مایع و هم فیبرهای آمیلوئید را تشکیل دهند. اما این دو حالت چگونه به هم مرتبط هستند و الیاف در کجا رشد می کنند؟ لیرو فنگ و لوئیز جاورث، فیزیکدانان لیدن، مکانیزمی ضد شهودی کشف کرده‌اند.

ما می‌خواستیم به یک سوال باز پاسخ دهیم: قطرات پروتئین با افزایش سن چه اتفاقی می‌افتد؟ استادیار جاورث توضیح می دهد. آنها دقیقا مانند قطره‌های روغن در آب به نظر می‌رسند، اما قطراتی از پروتئین‌های درون سلول‌ها هستند که به آنها میعانات نیز می‌گویند. دانشمندان به تازگی متوجه نحوه رشد آنها شده‌اند. یافته‌های ما در مورد چگونگی پیری آنها - که امروزه در Nature Physics منتشر شده است - قطعه مهمی به پازل اضافه می‌کند.

قطرات مواد بسیار پیچیده ای هستند. آنها مایع مانند هستند و می توانند به جامداتی تبدیل شوند که شیشه ای یا فیبری هستند. جاورث می‌گوید: "به مدت 10 سال یا بیشتر، ما می‌دانستیم که بین رشد فیبر از این پروتئین‌ها و اختلالات عصبی مانند بیماری آلزایمر یا ALS ارتباط وجود دارد. هدف ما تجسم، کمی کردن و مدل‌سازی این فرآیند پیری بود و ما در انجام این کار موفق شدیم."

کاندیدای دکترا فنگ توضیح می‌دهد که چقدر این قطرات پروتئین کوچک هستند: "آنها فقط حدود 5 میکرومتر وسعت دارند - تقریبا 10 برابر نازک‌تر از عرض یک موی انسان." فنگ با یک میکروسکوپ کانفوکال نمونه ها را به مدت 12 ساعت به صورت سه بعدی زیر نظر گرفت. آنها رشد قطرات مایع را به هر دو حالت جامد ممکن نشان دادند و کمیت کردند: شیشه ای و فیبری.

تیم انتظار نداشت که الگوی جدیدی از رشد فیبر را کشف کند، اما آنها این کار را کردند.

جاورث می گوید: «نتایج واقعا ما را شگفت زده کرد. "ما اغلب فکر می کردیم که الیاف در داخل قطرات در جایی که غلظت بالایی از پروتئین وجود دارد رشد می کنند، اما اکنون می دانیم که رشد نمی کنند. آنها از سطح به بیرون رشد می کنند. در همین حال، همانطور که این الیاف رشد می کنند، می بینیم که قطرات خود کوچک شده و شیشه ای می شوند."

در تجزیه و تحلیل داده های خود، فیزیکدانان نشان دادند که الیاف و حالت شیشه مانند دو شکل جامد متفاوت از یک پروتئین هستند. آنها دو روش رقابتی را نشان می دهند که در آن سیستم پروتئین می تواند پیر شود. این بدان معنی است که آنها می توانند در کنار هم وجود داشته باشند، اما یکی مستقیما به دیگری تغییر نمی کند. فنگ بیان می‌کند: "در آزمایش‌هایمان، ما این را با پیرکردن پروتئین‌ها به مدت دو روز قبل از شروع رشد فیبر، قابل مشاهده کردیم. می‌بینید که به این ترتیب، قطرات پیر به سختی فیبری رشد می‌کنند."

جاورث در پایان می‌گوید: «این بدان معناست که مدل‌های نظری جدیدی برای درک و پیش‌بینی این فرآیندها مورد نیاز است. این تیم به همراه فیزیکدانان نظری در موسسه ماکس پلانک، این چارچوب های نظری جدید را توسعه دادند.

جاورث می گوید: "کلید موفقیت ما این واقعیت بود که آزمایشگاه ما دو میکروسکوپ کانفوکال دارد که به صورت تمام وقت برای گروه ما در دسترس هستند. این میکروسکوپ ها از نور لیزر برای ایجاد تصاویر دقیق از سلول ها و بافت ها استفاده می کنند. لوکسی که بسیاری از گروه های دیگر ندارند."

"همچنین، فنگ به وضوح یک آزمایشگر بسیار با استعداد است. دیدن چیزی در میکروسکوپ که هیچ کس قبلا ندیده است، یک چالش ساده نیست. علاوه بر این، شما باید این باغ وحش مشاهدات را از میکروسکوپ بگیرید و یک چارچوب مفهومی جدید از فیزیک زیربنایی بسازید. برای پاسخ به این سوال: همه این مشاهدات به ما چه می‌گویند؟"

"با تحقیقات بنیادی خود در مورد پروتئین های پیر، وضوح ایجاد کرده ایم. من فکر می کنم بلافاصله به همکارانم محقق - از زیست شناسان گرفته تا پزشکان - دیدگاه جدیدی در مورد داده های آنها می دهد. سلول ها سیستم های فوق العاده پیچیده ای هستند، و اگر ما نیز -علاوه بر این پیچیدگی- در مورد نحوه عملکرد عناصر سلولی ساده مانند پروتئین ها گیج باشیم، سپس می دانیم که پروتئین ها در حال حاضر چه چیز بزرگی را انجام می دهند. قدم های بعدی را بردارید."

جاورث نتیجه می گیرد: «ما هنوز راه های سالم و ناسالم برای پیر شدن قطرات پروتئین را نمی دانیم. در این برهه از زمان، کار ما نشان می‌دهد که حالت شیشه‌ای پیری ممکن است عملکرد متفاوت، شاید حتی سالم، در سلول‌های مغز داشته باشد، در حالی که الیاف احتمالا جایگزین ناسالم هستند.

توجه داشته باشید، ما هنوز نمی دانیم که آیا این فیبرها دلیل اصلی انحطاط سلول های مغز هستند یا خیر. با روشن کردن نحوه عملکرد فرآیندهای اساسی، حداقل می‌توانیم داده‌های پیچیده‌ای را که هنگام نگاه کردن به سلول‌ها به دست می‌آوریم، با وضوح بیشتری تحلیل کنیم. در آزمایشگاه خود، گام مهمی در جهت این هدف برداشتیم.»

لیرو فنگ و همکاران، الیاف و شیشه ها حالت های ماده رقیب در تراکم پروتئین هستند، Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03415-z. در bioRxiv : www.biorxiv.org/content/10.648 … /2026.09.28.754945v1

اطلاعات مجله: Nature Physics , bioRxiv

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →