انتشار این مقاله


روایت مغز: تحقیق بر روی مکانیسم‌های کنترل رشد سلول‌های عصبی

کشف NGF یا فاکتور رشد عصبی توسط استنلی کوهن و ریتا لوی مونتالچینی

مقدمه

نقطه آغاز پیدایش تمامی انسان‌های یک سلول بوده است. این تک سلول حاوی ماده ژنتیکی است که تمامی خصوصیات یک فرد را شکل می‌دهد. سلول تقسیم می‌شود و سلول‌های دختر شبیه به هم حاصل می‌شوند. اما به تدریج این دو سلول تمایز یافته و هر یک خصوصیات ویژه‌ای را خواهند داشت. در ابتدا الگوی رشد و تمایز سلول‌ها و در ادامه نحوه تنظیم این فرآیند شناخته شده است. تحقیقات انجام گرفته در ۲ الی ۳ دهه گذشته درک جامعه بشری را از نحوه تنظیم رشد و تمایز سلول‌ها افزایش داده است.

امروزه، می‌دانیم که بخشی از ارتباط بین سلولی از طریق مواد شیمیایی خاصی مانند هورمون‌ها برقرار می‌شود. در ابتدا تصور می‌شد که هورمون‌ها تنها توسط سلول‌های خاصی در غدد تخصصی تولید شده، به خون آزاد شده و از طریق جریان خون به بافت مخصوص خود می‌رسند. اما امروزه می‌دانیم که بسیاری از سلول‌ها موادی را برای ارتباط بر قرار کردن با دیگر سلول‌ها و همچنین تنظیم فعالیت‌های خود سلول تولید می‌کنند.  

دانشمندان در دهه ۱۹۴۰ و ۱۹۵۰ می‌دانستند که افزایش جریان خون و اکسیژن به بافت‌های در حال کشت، میزان رشد آن‌ها را بیشتر می‌کنند. اما مواد شیمیایی یا فاکتورهای موثر در رشد شناخته نشده بود. 

اولین بار فاکتورهای موثر در رشد سیستم عصبی توسط  ریتا لوی مونتالچینی بیولوژیست تکاملی و بیوشیمیست آمریکایی استنلی در سال ۱۹۵۲ شناخته شد. استنبی کوهن در ادامه آزمایشات خود توانست در سال ۱۹۶۲ فاکتور رشد اپیدرمی را نیز کشف کند. فاکتور رشد عصبی (NGF) و فاکتور رشد اپیدرمی (EGF) اولین فاکتورهای تنظیم کننده رشد شناخته شده بودند.

کشف NGF و EGF اهمیت زیادی دارد زیرا با این کشف، زمینه برای بررسی هر چه بیشتر فاکتورهای موثر در رشد، اعم از فاکتورهای القایی یا فاکتورهای بازدارنده فراهم شد. علاوه بر این، اگاهی و اطلاعات دنشمندان از مبانی بیولوژیک بسیاری از بیماری‌ها مانند ناهنجاری‌های رشدی، تغییرات دژنراتیو رخ داده در زوال عقل در دوران کهنسالی، تأخیر در بهبود زخم و بیماری‌های نئوپلاسمی افزایش یافته و در نتیجه روش‌های درمانی نوین معرفی شد.

استنلی کوهن

استنلی کوهن در سال ۱۹۲۲ در شهر بروکلین، نیویورک متولد شد. والدین کوهن جزو یهودیان مهاجر بودند. کوهن در سال ۱۹۴۳ توانست مدرک لیسانس خود را از کالج بروکلین دریافت کرد، و در همین دانشگاه در دو رشته شیمی و زیست شناسی دوره فوق لیسانس خود را پشت سر گذاشت. برای کسب درآمد مدتی به عنوان باکتریولوژیست در کارخانه فرآوری شیر مشغول شد و سپس در سال ۱۹۴۵ کارشناسی ارشد خود را نیز در رشته جانورشناسی از کالج اوبرلین دریافت کرد. در سال ۱۹۴۸ توانست مدرک دکترای خود را رشته بیوشیمی با کار بر روی متابولیسم کرم‌های خاکی از دانشگاه میشیگان بدست آورد.

اولین سمت دانشگاهی کوهن در دانشگاه کلرادو با مطالعه متابولیسم نوزادان نارس بود. در سال ۱۹۵۲ کوهن به دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس نقل مکان کرده و در گروه رادیولوژی به یادگیری روش ایزوتوپ مشغول شد و سپس به دپارتمان جانورشناسی پیوست. او با همکاری ریتا لوی مونتالچینی توانست فاکتور رشد عصبی را کشف و در ادامه با کار بر روی موش‌ها خود به تنهایی توانست فاكتور رشد اپیدرمی را شناسایی و معرفی کند. در سال ۱۹۵۹ به دانشکده دانشکده پزشکی دانشگاه وندربیلت پیوست و تحقیق بر روی فاکتورهای رشد را ادامه داد. در سال ۱۹۹۹، کوهن از دانشگاه وندربیلت بازنشسته شد.

Stanley Cohen - Biographical - NobelPrize.org
استنلی کوهن

با تحقیقات کوهن در مورد فاکتورهای رشد سلولی، مبانی بیولوژی سلول‌های سرطانی و طراحی داروهای ضد سرطانی پایه ریزی شد.  او در سال ۱۹۸۶ به همراه ریتا لوی مونتالچینی موفق به دریافت جایزه نوبل پزشکی و فیزیولوژی شد.

استنلی کوها در سال ۲۰۲۰ در ۹۷ سالگی در نشویل, ایالت تنسی، فوت کرد.

ریتا لوی مونتالچینی

ریتا لوی مونتالچینی در سال ۱۹۰۹ درشهر تورین در یک خانواده یهودی متولد شد. در سال ۱۹۳۰ برای تحصیل در رشته پزشکی وارد دانشگاه تورین شد. او در سال ۱۹۳۶ توانست با مدرک فوق لیسانس پزشکی و جراحی از دانشگاه تورین فارغ التحصیل شده و به عنوان دستیار عصب شناسی جوزپه لووی، مشغول به کار شد. در کار با لووی مونتالچینی توانست تکنیک تکنیک رنگ آمیزی نقره سلول‌های عصبی را بیاموزد. فعالیت‌های آکادمیک مونتالچینی در سال۱۹۳۸ به مدت کوتاهی به دلیل قوانین نژاد پرست دولت متوقف شد.

National Science and Technology Medals Foundation
ریتا لوی مونتالچینی

با مطالعه مقاله ویکتور هامبورگر (Viktor Hamburger) جنین شناس آمریکایی، در مورد رشد عصبی در جنین مرغ، مونتالچینی تصمیم گرفت تا در خانه خود در تورین آزمایشگاه کوچکی بسازد. او با استفاده از تکنیک رنگ آمیزی نقره‌ای که آموخته بود، تحقیق بر روی رشد سلول‌های عصبی را آغاز کرد. او تحقیقات خود را در ژورنال‌های عصبی در دسترس منتشر کرد.

پس از حمله آلمانی‌ها به ایتالیا در سال ۱۹۴۳، مدت کوتاهی به فلورانس نقل مکان کرده و همراه با خانواده‌اش زندگی کرد. با پایان جنگ، مدتی در اردوگاه پناهندگان مشغول به کار شد و یک سال بعد به دانشگاه تورین بازگشت. در سال ۱۹۴۷ دعوت ویکتور هامبورگر در دانشگاه واشنگتن را پذیرفت و بعدها با دریافت یک پست تحقیقاتی برای سال‌ها در ایالت متحده باقی ماند.

در سال ۱۹۵۲، با مونتالیچینی با همکاری استنلی کوهن، موفق به کشف فاکتور رشد عصبی شد و به پاس این تحقیقات در سال ۱۹۸۶ جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی را دریافت کرد. او یکی از ۸ زنی است که در طول تاریخ موفق به دریافت جایزه نوبل شده است.

او در سال ۱۹۵۶ مونتالچینی مقام استادیاری را پذیرفته، در سال ۱۹۵۸ استاد كامل شده و تا زمان بازنشستگی در سال ۱۹۷۷ در این سمت باقی ماند.

مونتالچینی در تأسیس مؤسسه زیست شناسی سلولی در رم در سال ۱۹۶۲ ایتالیا نقش زیادی داشته کرد و در سال ۱۹۹۲ یک بنیاد آموزشی را نیز تأسیس کرد. وی در سال ۲۰۰۲ انستیتوی تحقیقات اروپایی مغز را تاسیس کرد و به عنوان اولین رئیس این مجموفع منصوب شد. ریتا لوی مونتالچینی در سال ۲۰۱۲ در سن ۱۰۳ سالگی در رم درگذشت.

تحقیقات انجام شده

احتمالاً اولین پدیده اثرات فاکتور رشد عصبی در سال ۱۹۳۶ توسط یکی از دانشجویان هریسون، به نام اس. دیتویلر (S. Detwiler) مشاهده شده است. در واقع او اثرات محروم شدن از فاکتور رشد را مشاهده کرده بود. او پای جلویی جنینی سمندر را به قسمت پهلویی حیوان که توسط اعصاب توراسیک عصب دهی می‌شدند، پیوند زده و مشاهده کرد که گانگلیون براکیال (بازویی) که از بافت هدف خود دور شده بود، کوچک و هیپوپلاستیک شده و در عوض گانگلیون توراسیک که به اندام عصب دهی می‌کرد، دچار هایپرپلاستی شده است.

می‌توان نتیجه گرفت که بدان معنی است که اندام در حال رشد بر رشد ساختارهای عصبی تأثیر گذاشته است. هیچ تغییری در سیستم حرکتی دیده نشد مشاهده نشد. البته باید در نظری گرفت که در سمندر نورون‌های حرکتی یک ستون حرکتی تشکیل نمی‌دهند بلکه در نخاع شکمی پراکنده هستند و این عدم تغییر در سیستم حرکتی ممکن است به این مورد مربوط باشد.

فاکتور رشد عصبی (NGF) نوعی پروتئین پیام رسان و فاکتور رشد است که فهعالیت‌های محتلف تکاملی را کنترل می‌کند. از زمان کشف این فاکتور، در فرآیندهای مختلف رشد و تکامل در انواع مختلفی از بافت‌ها فعالیت دارد. این بیماری در سیستم ایمنی، فرآیند پاسخ به استرس، حفاظت از اعصاب و بیماری‌های عصبی نقش دارد و مختص به سیستم عصبی نیست.

کشف فاکتورهای رشد عصبی در سال ۱۹۴۹ با مطالعات یکی از دانشجویان همبرگر، به نام المر بوکر (Elmer Bueker) آغاز شد. او در حال بررسی این موضوع بود که آیا بافت نئوپلاستیک همگن می‌تواند به عنوان یک جایگزین برای اندام پیچیده در حمایت از رشد و تکامل نخاع و گانگلیون حسی عمل کند یا خیر.*

بوکر قسمت کوچکی از تومور موش را در دیواره بدن جنین سه روزه جوجه کاشته و مشاهده کرد که فیرهای حسی جنین به تومور حمله کرده و آن را احاطه کردند. در واقع او پی برد که تومور پیوند زده شده به خوبی در جنین‌های جوجه رشد کرده و اعصاب محیطی اطراف به توده تومور حمله کرده و گانگلیون ریشه پشتی مجاور نیز از نر اندازه به طور قابل توجهی بزرگ می‌شود.

بوکر تصور کرد که این حمله ناشی از رشد سریع تومور است که باعث می‌شود فیبرهای حسی در یک میدان بزرگ‌تر نسبت به بافت‌های جنینی که با سلول‌های نئوپلاستیک جایگزین شده‌اند، ریشه دار دهند*

نتایج این مطالعه به دست ریتا لوی مونتالچینی رسیده و از آن جایی که فرضیه بوکر نتوانست او را قانع کند، خود به بررسی اثرات پیوند بافت سارکوم موش در جنین جوجه مشغول شد. لوی مونتالچینی با استفاده از تکنیک رنگ آمیزی نقره که توسط کاخال ابداع شده بود، کار بر روی یک سری قطعات بافتی از جنین جوجه را آغاز کرد تا بتواند ارتباط مدارهای محتلف عصبی را شناسایی و ترسیم کند. او دریافت که بافت‌های توموری باعث افزایش عصب دهی در اندام‌های داخلی جنین جوجه می‌شوند و این فرضیه مطرح کرد که بافت‌های پیوندی ماده‌ای با قابلیت انتشار را آزاد می‌کنند که رشد و تمایز سلول‌های عصبی در حال تکامل را تحریک کرده و افزایش می‌دهد. ایده تولید ماده ناشناخته از این جا به فکر او رسید که حتی در صورت عدم تماس مستقیم بین جنین جوجه و تومور موش نیز، رشد سلولی رخ می‌دهد.

به ترتیب از چپ بازسازی دیاگرامی از: جنین جوجه ۱۱ روزه طبیعی (E 11N)، جنین جوجه ۱۱ روزه همراه با تومور سارکوم موش(S 37 81)  پیوند زده شده، جنین جوجه ۱۱ روزه همراه با پیوند سارکوم ۳۷ بر روی غشای کوریوآلانتوئید (S 37-220). به رشد بیش از حد از گانگلیون پری ورتبرال در جنین‌های حامل پیوند تومور توجه کنید. الیاف عصبی احشایی از این گانگلیون به مزونفروز نزدیک حمله می‌کنند. مخفف‌ها: A، آدرنال؛ G، گناد؛ L، ریه؛ M، مزونفروز؛ PV، گانگلیون پری ورتبرال؛ S، اعصاب حسی؛ Tu، تومور.

او می‌دانست که انجام یک سنجش سنجی قابل اعتماد برای تعیین کمیت و نشان دادن فعالیت بیولوژیکی ماده‌ای که از تومور ترشح شده و باعث رشد سلول‌های عصبی می‌شود، لازم و ضروریست. او این مطالعات را در طی یک دوره تحقیقاتی در برزیل، در آزمایشگاه هارتا مایر (Herta Meyer) که در حوزه تکنیک‌های کشت سلولی تحصص داشت، و دانشجویان سابق جوزپه لوی بود، انجام داد.

لوی مونتالچینی گانگلیون‌های حسی و سمپاتیک جنین جوجه را در محیط کشت قرار داده و قطعات یا عصاره‌ای از بافت  تومور را به محیط اضافه کرد. او متوجه شد که ماده منتشر شده از تومور هم باعث تمایز سلول‌های عصبی شده و هم باعث رشد بیشتر و پخش شدن زائده‌های سلول‌های عصبی می‌شوند. تصاویر این رشد سلولی با رنگ آمیزی نقره سلول‌ها ثبت شده است. علاوه بر این، اثرات این فرآیند وابسته به دوز بوده و لوی مونتالچینی با ابداع روشی نیمه کمی توانست فعالیت بیولوژیکی ماده آزاد شده از بافت تومور را اندازه بگیرد.

گانگلیون حسی هشت روزه از جنین جوجه. (a) گانگلیونی که در تماس با قطعه‌ای از بافت جنین جوجه  قرار گرفته است، وجود فیبروبلاست‌ها همراه با تعداد کمی از الیاف عصبی. (b) گانگلیونی که به مدت ۲۴ ساعت در حضور قطعاتی ازتومور سارکوم موش کشت داده شده است. (c) گانگلیونی که به مدت ۴۸ ساعت در حضور قطعاتی از تومور سارکوم موش کشت داده شده است. در نمونه‌های (b) و (c)، گانگلیون‌ها که با قطعاتی از سارکوم (s) تماس داشتند، اثر هاله (halo) که توسط فاکتور رشد آزاد شده از سارکوم به وجود می‌آید، نشان داده شده است. در (c)، اولین شواهد از اثر فاکتور رشد عصبی ثبت می‌شود.*

این سری از آزمایشات انجام شده که با دقت بالایی نیز انجام شده بود، از پتانسیل بسیار زیاد ماده محرک رشد پرده برداشت. لوی مونتالچینی متوجه شد که حتی اگر قطعه‌ای از تومور در نزدیکی فیبرهای عصبی قرار بگیرند، باز هم رشد فیبرهای عصبی از حالت عادی بیشتر است. با اضافه کردن مقادیر جزئی از فاکتور رشد عصبی، سلول‌های عصبی حسی یا سمپاتیک در مدت حدود ۳۰ ثانیه، واکنش نشان می‌دهند. تنها افزودن یک میلیاردم گرم در هر میلی لیتر از ماده NGF به محیط کشت اثرات قوی در تقویت رشد سلولی نشان می‌دهد. چند دقیقه پس از افزودن فاکتور رشد عصبی، الیاف عصبی رشد کرده و از گانگلیون بیرون می‌زنند و پس از گذشت چند روز گانگلیون نمایی خورشید مانند پیدا می‌کنند.

بنابراین در سال ۱۹۵۲ ریتا لوی مونتالچینی توانست وجود و ترشح فاکتور رشد عصبی از سلول‌هاه توموری را تایید کند. در ادامه برای کشف خصوصیات بیولوژیکی این ماده او با همکاری استنلی کوهن تحقسقات جدید را آغاز کرد.

در سال ۱۹۵۳، بیوشیمیست ،استنلی کوهن، به گروه تحقیقاتی مونتالچینی در سنت لوئیس پیوست. سه سال بعد، آن‌ها موفق شدند تاعصاره تقویت کننده رشد عصب را از سلول‌های تومور موش جدا کنند. این ماده حاوی پروتئین و اسیدهای نوکلئیک بود. کوهن با توجه به خاصیت حساسیت به گرما، قابل دیالیز بودن و غیر فعال شدن با پروتئینازها پی برد که NGF به احتمال زیاد جنس پروتئینی دارد؛ اما برای این که اطمینان حاصل کند که ویروس عامل رشد سلول‌های عصبی نیست، آزمایشی را طراحی کرد.

استنلی کوهن زهر مار را که غلظت بالایی از آنزیم‌های تجزیه کننده اسید نوکلئیک را داشت، به عصاره جدا شده از تومور اضافه کرد. زهر مار حاوی مقادیر بالایی از فسفودی استراز خام است که می‌تواند اسی نوکلئیک را تجزیه کند. در کمال تعجب، آن دو متوجه شدند که سم مار حاوی ماده‌ای است که فعالیت آن در تحریک رشد سول‌ها بیشتر نیز است. با افزودن سم مار به محیط حاوی سلول‌های عصبی، گانگلیون‌های سمپاتیک رشد بسیار زیادی را از خود نشان دادند.

از آن جایی که سم مار توسط غدد بزاقی او ساخته می‌شد، کوهن و مونتالچینی انجام یک سری آزمایش‌های بیشتر بر روی بافت‌های مختلف، به منظور کشف امکان وجود NGF در سایر بافت‌ها را آغاز کردند. آن‌ها پی بردند که پروتئین دیگری در سم مار وجود دارد که خاصیت تحریکی رشد سلول را دارد. مونتالچینی با تزریق این پروتیئن به کیسه زرده توانست فعالیت ماده ترشح شده از تومور را تقلید کند. در این خصوص آن‌ها موفق شدند تا در سال ۱۹۵۸ از غدد بزاقی موش نیز این ماده را جدا کنند.

با استفاده از نتایج به دست آمده از مطالعه بر روی سم مار و غدد بزاقی موش، استنلی کوهن اکنون قادر بود تا فاکتور رشد عصبی را به طور خالص تهیه کرده، ساختمان آن را بررسی و حتی آنتی بادی بر علیه NGF را نیز تولید کند. با اضافه کردن آنتی بادی‌های NGF به محیط کشت، رشد سلول‌های عصبی مهار می‌شد. در سال ۱۹۷۱ کوهن دریافت که ساختار شیمیایی فاکتور رشد عصبی از ۱۱۸ اسید آمینه تشکیل شده است. دو زنجیره از این اسید آمینه‌ها به یکدیگر پیوسته و مولکول فعال از نظر بیولوژیکی ایجاد می‌شد.

فریما فرهنگی


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*

code