محققان مجموعه‌ای از ابزار مشاهده، ردیابی و کمیت‌سنجی برای چگونگی ورود پروتئینهای دارای شکل فضایی غلط مرتبط با بیماری پارکینسون به سلولهای عصبی در محیط‌های کشت آزمایشگاهی و اتفاقاتی که برای آنها، زمانی که درون سلول هستند رخ می‌دهد، ایجاد کرده‌اند.
حین پیشرفت اختلالات زوال عصبی مانند بیماری پارکینسون و آلزایمر، پروتئینهای دارای شکل فضایی غلط بصورت یک توده درون سلولهای عصبی درمی‌آیند و پروتئینهای طبیعی درون سلول را به خود جذب کرده تا آنها را نیز به حالت شکل فضایی غلط و تجمعی تبدیل کنند. سلول‌هایی که این اتفاق در آنها رخ می‌دهد، دچار زوال شده و نهایتا می‌میرند. توانایی تحت نظر داشتن محل این پروتئینهای تباه‌شده، کلید تجزیه و تحلیل این بیماری‌ها و ایجاد درمان‌ها می‌باشد.
مقاله مرتبط: پارکینسون (بخش نخست: علل، علائم و ریسک‌فاکتورها)
نتایج این مطالعه، در نسخه یازدهم آگوست نشریه‌ی The Journal of Biological Chemistry منتشر شد.
آلفا-سینوکلئین (Alpha-Synuclein) پروتئینی است که در تمامی سلولهای عصبی یافت می‌شود و گمان براین است که در تنظیم آزادشدن نوروترنسمیتر، دخیل می‌باشد. آلفا-سینوکلئین‌هایی که بطور صحیح تشکیل نشده‌اند، به یکدیگر چسبیده و تشکیل تجمعهای فیبروزی بنام فیبریلهای آمیلوئید می‌دهند. این فیبریلها، از اجزای اصلی اجسام لوی (Lewy Bodies)، توده‌هایی که در سلولهای عصبی بیماران مبتلا به پارکینسون دیده می‌شوند، هستند.
در سال ۲۰۱۱، گروه تحقیقاتی ویرجینیا لی در مرکز تحقیقات بیماری‌های زوال عصبی دانشگاه پنسیلوانیا، نشان داد اگر فیبریلهای آلفا-سینوکلئین تولیدشده در آزمایشگاه به سلولهای عصبی که در یک ظرف رشد می‌کردند، اضافه شوند، سلولهای عصبی اجسام لوی تشکیل می‌دهند و علائم زوال عصبی بروز می‌دهند. این مطالعه و دیگر مطالعه‌ها، به این نکته اشاره کردند که آلفا- سینوکلئین‌های دارای شکل فضایی غلط، به جای این که از نو در هر سلول تشکیل شوند، می‌توانند از سلولی به سلول دیگر گسترش یابند. بااین‌حال، هیچ روشی برای مشاهده‌ی مستقیم مراحل ابتدایی ورود فیبریلهای آلفا-سینوکلئین به سلول وجود ندارد.
ریچارد کارپوویچ، دانشجوی دوره فوق‌دکترا در آزمایشگاه لی که مطالعه جدید را رهبری می‌نمود، گفت:
درک ما از بیماری زوال عصبی، یا حتی از عملکرد طبیعی مغز سالم برای آن موضوع، توسط روشهایی که ما اکنون دردسترس داریم، محدود شده است.
کارپوویچ، روشی ساده ولی حساس برای مشاهده‌ی ورود فیبریلهای آلفا- سینوکلئین به سلولها به وجود آورد. ابتدا، او سلولهای عصبی و فیبریلهای آلفا-سینوکلئین که با پروتئینهای فلورسنت علامت‌گذاری شده‌بودند، کشت داد. سپس، سلولها و فیبریلهای فلورسنت را دریک ظرف قرار داد. پس از آن، یک رنگ بنام تریپان آبی (Trypan Blue) که نشانه‌های فلورسنت را خاموش می‌کند، اضافه کرد. مهمتر از آن، این رنگ نمی‌تواند از غشاهای سلولی سالم عبورکند، بدین معنی که نمی‌تواند نشان‌هایی را که قبلا درون سلول بوده‌اند خاموش کند. زمانیکه او رنگ را افزود، فیبریلهای درخشان خارج از سلول خاموش شدند ولی فیبریل‌هایی که قبلا درون سلول وارد شده بودند، به درخشش ادامه دادند و این به او این اجازه را داد تا فیبریلهای داخل‌شده را مشاهده و محاسبه کند.
علاوه بر این، در همکاری با گروه تحقیقاتی ای. جیمز پیترسون در دپارتمان شیمی دانشگاه پنسیلوانیا، محققان فیبریلهای دارای نشان‌های فلورسنت طولانی‌مدت که به محیط اسیدی حساس و یا غیرحساس بودند، ساختند. برپایه‌ی اینکه آیا فلورسانس قابل‌مشاهده بود، محققان توانستند زمان ورود فیبریلها به ساختارهای اسیدی درون سلول را تعیین کنند و این اجازه را به آنها می‌داد تا درباره‌ی پردازش‌های سلولی که برروی فیبریلها عمل می‌شد، نتیجه‌گیری کنند.
با استفاده از این روش‌ها، تیم قادر بود تا یافته‌های بسیاری درباره‌ی سرنوشت فیبریلهای واردشده به سلول، بدست آورد. آنها یافتند فیبریلها بصورت فعال توسط غشای سلولی فرا گرفته شده و به لیزوزومها، محل تجمع مواد زاید سلول و محلی که بیشتر فیبریلها برای روزها درآنجا باقی می‌ماندند، حمل شدند. کارپوویچ اذعان داشت:
شگفت‌آور است که سلول چگونه می‌تواند (فیبریلها را) محصور کند. ولی علیرغم بهترین تلاشهای سلول، تعدادی از فیبریلها، از لیزوزومها خارج شده و تجمع پروتئینی را باعث شدند.
زمانی که محققان کلروکوئین (Chloroquine) را برای توقف فعالیت لیزوزومی به محیط کشت سلولها افزودند، تعداد بیشتری از آلفا-سینوکلئین‌های خود سلول، برای تشکیل تجمع‌ها به کارگرفته شدند. اختلال عملکرد لیزوزومی اغلب در بیماران مبتلا به زوال عصبی مشاهده می‌شود. لی گفت:
ما می‌دانیم تعدادی از (پروتئینهای بیماریزا) به نحوی از لیزوزومها خارج می‌شوند. ولی طریقه رخ‌دادن آن را نمی‌دانیم.
ولی توانایی محاسبه‌ی کمی مقدار فیبریلهای فراگرفته‌شده توسط غشا و واردشده به سلول بطور دقیق، به محققان این اجازه را خواهد داد تا بطور سریع، ترکیبات دارویی بالقوه را که روزی ممکن است برای جلوگیری از گسترش پروتئینهای تباه‌شده استفاده شود، شناسایی کنند. لی گفت:
زمانی که شما قادر به مشاهده‌ی ورود (فیبریلها) به درون سلول و محاسبه‌ی کمی آنها درون سلول باشید، می‌توانید مولکولهای کوچکی را به آنها بیافزایید تا ببینید آیا ورود به سلول، کاهش می‌یابد. این یک آزمایش واقعا ساده است و مدت زمان زیادی طول نمی‌کشد.
در این مورد کارپوویچ افزود:
توجه به تنوع ژنتیکی در این مسیرهای ورود به سلول، می‌تواند اهدافی را برای پی بردن به اینکه چرا بعضی از افراد در مقایسه با دیگران، بیشتر در معرض خطر ابتلا به این بیماری قرار دارند، فراهم کند.
