هذا الشعور بالنعناع المنعش؟ يعرف العلماء الآن كيف تشعر أجسادنا بالبرد

هذا الشعور بالنعناع المنعش؟ يعرف العلماء الآن كيف تشعر أجسادنا بالبرد

بقلم جاسيك كريوكو حرره تانيا لويس

ما هو القاسم المشترك بين الشعور بمكعب الثلج على بشرتك ورائحة النعناع الباردة من معجون الأسنان؟ كلاهما ينشط أعصاب الجسم التي تستشعر البرودة. لكن حتى الآن، لم يتمكن العلماء من تحديد كيفية حدوث ذلك بالضبط على مستوى البروتينات الفردية في خلايانا.

تقاسم ديفيد جوليوس، عالم الأحياء البنيوية في جامعة كاليفورنيا بسان فرانسيسكو، جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب لعام 2021 لاكتشافه بروتين يسمى TRPV1 الذي يتيح لنا الشعور بحرارة الفلفل الحار. الآن، في دراسة حديثة نشرت في طبيعةلقد ألقى هو وزملاؤه نظرة فاحصة على البروتين الذي يجعلنا نشعر ببرودة المنثول. إن فهم هذا البروتين المستشعر للبرد يمكن أن يؤدي يومًا ما إلى علاجات أفضل لفرط الحساسية للبرد الذي غالبًا ما يزعج الأشخاص الذين يخضعون لأنواع معينة من العلاج الكيميائي للسرطان. لكن التعامل مع هذا البروتين أصعب بكثير من التعامل مع ابن عمه الذي يستشعر الحرارة.

يُطلق على البروتين الموجود في الدراسة الجديدة اسم TRPM8، وهو يعمل كمستقبل أساسي للجسم لاستشعار المنثول ودرجات الحرارة الباردة. إنها قناة مدمجة في أغشية الخلايا تفتح عند تحفيزها بسبب انخفاض درجات الحرارة أو عوامل التبريد. عند فتحه، يسمح بدخول الأيونات التي تحفز الأعصاب لإرسال إشارة “باردة” إلى الدماغ. لقد عرف العلماء ما يفعله TRPM8 لسنوات، لكنهم لم يفهموا كيف يعمل بالضبط.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

يوضح جوليوس أن دراسة بروتين TRP8 أصعب بكثير من دراسة TRPV1، وهي قناة استشعار الحرارة بالفلفل الحار. بداية، يفقد البروتين المستشعر للبرودة سلوكه الطبيعي عندما يتم استخلاصه من أغشية الخلايا باستخدام المنظفات المختبرية القياسية. ولمعرفة آليتها، كان على فريق يوليوس أن يستخرجها بطريقة ما من الخلايا دون تدمير الخصائص ذاتها التي كان الباحثون يحاولون فهمها.

يتم تحفيز العديد من أنواع المستقبلات بواسطة جزيئات تسمى الروابط التي تتلاءم معها مثل المفتاح الذي يتم تركيبه في القفل: يدخل المفتاح في القفل، ويفتح القفل، وهذا كل شيء. يمكن للعلماء دراسة هذه المستقبلات بسهولة عن طريق تصوير “القفل” قبل وبعد دخول المفتاح، ومن السهل استنتاج ما يحدث بين الحالتين المغلقة والمفتوحة. (تغلق الربيطة القناة وتفتحها). المشكلة في المستقبلات المنشطة بدرجة الحرارة مثل TRPM8 هي أنه نظرًا لأن درجة الحرارة تؤثر على البروتين بأكمله، فلا يوجد مثل هذا المفتاح البسيط. إن التقاط اللقطات قبل وبعد لا يخبرك بما حدث بالضبط بين هاتين الحالتين. لذا، لالتقاط فيلم TRPM8 وهو يتحرك، كان على الفريق تصوير فيلم.

استخدم العلماء نبضات الموجات فوق الصوتية عالية التردد لاستخراج TRPM8 من الخلايا الجنينية البشرية دون الإضرار ببيئة الخلايا. بعد ذلك، قاموا برسم خريطة لبنية البروتين باستخدام طريقة تسمى المجهر الإلكتروني المبرد: قاموا بتجميد القناة أثناء تحولها من مغلقة بالكامل إلى مفتوحة بالكامل. لفهم أي أجزاء من TRPM8 كانت تتحرك أثناء تلك التحولات، تتبعها العلماء باستخدام تقنية تسمى قياس الطيف الكتلي لتبادل الهيدروجين والديوتيريوم (HDX-MS)، والتي “تخبرك ما هي أجزاء البروتين الديناميكية بشكل خاص”، كما يوضح جوليوس. من خلال الجمع بين هاتين التقنيتين، جمع الفريق سلسلة من الإطارات الثابتة لفيلم جزيئي وتعرفوا على ما كان يتحرك بالضبط بين تلك الإطارات.

تقول راشيل جوديت، أستاذة علم الأحياء الجزيئي والخلوي بجامعة هارفارد، والتي لم تشارك في الدراسة: “كان الابتكار الرئيسي هو هذا المزيج من التقنيات”. وتضيف: “تعطي هذه الأساليب معًا أوضح صورة حتى الآن لكيفية إعادة تشكيل TRPM8 نفسه استجابةً للبرد”.

تمكن الفريق من رؤية أن البروتين يشكل شكلًا يشبه الدونات. تحدد البطانة الموجودة داخل فتحة الدونات ما إذا كانت الفتحة مفتوحة أم مغلقة. عندما تتجاوز درجة الحرارة 26 درجة مئوية (79 درجة فهرنهايت)، يتم إغلاق قناة نفاذ الأيونات TRPM8 – الثقب الموجود في الدونات. مع انخفاض درجة الحرارة، يتسبب البرد في تحول البروتين إلى حالة أكثر استقرارًا حيث ينحني أحد أعمدته الهيكلية الرئيسية بشكل حاد، وينفصل عن جاره ويستقيم. أخيرًا، ينزلق هذا العمود الذي تم تقويمه حديثًا إلى الأعلى، مثل مزلاج ميكانيكي، ويفتح البوابة على مصراعيها حتى يتمكن المستقبل من إرسال إشارة الاستجابة الباردة. يقول ييفان تشينج، عالم الأحياء البنيوية بجامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو، والمؤلف المشارك للدراسة: “هذا شيء لم نشهده من قبل من قبل”.

وللتحقق من صحة النتائج التي توصلوا إليها، قارن الباحثون TRPM8 في الثدييات مع نسخة موجودة في الطيور، والتي تكون في الغالب غير حساسة للبرد على الرغم من مظهرها المتطابق تقريبًا. ووجدوا أن قناة الثدييات، على عكس قناة الطيور، ديناميكية للغاية. يقول تشينغ: “نظرًا لأن قناة الطيور مستقرة جدًا بالفعل، فإنها لا تستجيب لدرجة الحرارة الباردة لتحقيق مزيد من الاستقرار”. اتضح أن مفتاح حساسية درجة الحرارة الباردة لقناة TRMP8 في الثدييات هو قلقها.

ويرى جوليوس وزملاؤه أيضًا كيف يمكن أن تترجم النتائج التي توصلوا إليها إلى علاجات أفضل للبشر. يقول جوليوس: “إن فرط الحساسية للبرد يمثل مشكلة رئيسية بالنسبة للأشخاص الذين يخضعون للعلاج الكيميائي للسرطان”. إن فهم الطرق الدقيقة التي تعمل بها البروتينات مثل TRPM8 أو TRPV1 يمكن أن يساعد العلماء على تطوير حاصرات محددة من شأنها أن تعالج فرط الحساسية دون حرمان الناس من الإحساس بدرجة الحرارة الطبيعية. يقول جوليوس: «أعتقد أنه مثال جيد للمجتمع أن يقول: ربما يمكننا أن نمد أجنحتنا قليلًا، ونبدأ في أن نكون أكثر تعقيدًا في كيفية نظرنا إلى بنية البروتين».

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما اشتراكًا.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.