Shkencëtarët zbulojnë një mënyrë të re të funksionimit të biologjisë

Me ndihmën e disa goditjeve të detit, kimistët nga Universiteti i Nebraska-Lincoln kanë zbuluar se një nga ndryshimet më të vogla të mundshme në një biomolekulë mund të shkaktojë një nga pasojat më madhështore të mundshme: drejtimin e aktivizimit të neuroneve.

Hulumtimi i tyre u fokusua në peptidet, të cilat janë zinxhirë të shkurtër të aminoacideve të afta për të transmetuar sinjale midis qelizave, duke përfshirë neuronet. Këto peptide janë të pranishme në sistemin nervor qendror dhe në qarkullimin e gjakut të shumicës së kafshëve. Një aminoacid në një peptid mund të marrë një nga dy format, L ose D, të cilat përbëhen nga të njëjtat atome të lidhur në të njëjtën mënyrë, por të rregulluar në orientime të imazhit të pasqyrës.

Kimistët shpesh mendojnë për ato dy orientime si dora e majtë dhe e djathtë e një molekule. Orientimi L është më i zakonshmi në peptide, deri në atë pikë sa të konsiderohet i paracaktuar. Por kur enzimat e kthejnë një L në një D, fytyra në dukje e vogël rreth fytyrës mund të kthejë, të themi, një molekulë potencialisht terapeutike në një molekulë toksike, ose anasjelltas.

Tani, kimistët Husker James Checco, Baba Yussif dhe Cole Blasing kanë zbuluar një rol krejtësisht të ri për atë pasqyrim molekular. Për herë të parë, ekipi ka treguar se orientimi i një aminoacidi të vetëm – në këtë rast, një nga dhjetra të gjetura në neuropeptidin e një deti – mund të diktojë mundësinë që peptidi të aktivizojë një receptor neuroni kundrejt një tjetri. Për shkak se lloje të ndryshme të receptorëve janë përgjegjës për aktivitete të ndryshme neuronale, gjetja tregon për një mjet tjetër me anë të të cilit një tru ose sistem nervor mund të rregullojë komunikimin labirint, që mbështet jetën midis qelizave të tij.

“Ne kemi zbuluar një mënyrë të re se si funksionon biologjia,” tha Checco, asistent profesor i kimisë në Nebraska. “Është mënyra e natyrës për të ndihmuar për t’u siguruar që peptidi shkon në një rrugë sinjalizuese kundrejt tjetrës. Dhe të kuptuarit e më shumë rreth asaj biologjie do të na ndihmojë të jemi në gjendje të përfitojmë prej saj për aplikimet e ardhshme.”

Interesi i Checco-s për sinjalizimin neuropeptid daton që nga koha e tij si studiues postdoktoral, kur ai hasi në studimin e parë që tregonte prova të një peptidi me një aminoacid D që aktivizonte një receptor neuroni në slugat e detit. Ky receptor i veçantë iu përgjigj peptidit vetëm kur ai përmbante aminoacidin D, duke e bërë kthimin e tij nga L në D të ngjashëm me një çelës ndezës/fikje.

Përfundimisht, vetë Checco do të identifikonte një receptor të dytë të tillë. Ndryshe nga ai që kishte ngjallur fillimisht interesin e tij, receptori i Checco-s iu përgjigj si një peptidi që përmban të gjitha L-aminoacidet dhe të njëjtin peptid me një D të vetëm. Por receptori ishte gjithashtu më i përgjegjshëm ndaj peptidit all-L, duke u aktivizuar kur futej në përqëndrime më të vogla të tij se sa homologu i tij që përmban D. Në vend të një çelësi ndezës/fikës, Checco dukej se kishte gjetur diçka më afër një dimmer.

“Ne mbetëm duke pyetur veten: A është kjo e gjithë historia?” tha Checco. “Çfarë po ndodh në të vërtetë? Pse ta bëjmë këtë molekulë D nëse është edhe më keq në aktivizimin e receptorit?”

Gjetjet më të reja të ekipit, të detajuara në revistën Proceedings of the National Academy of Sciences, sugjerojnë një përgjigje të frymëzuar nga një hipotezë. Ndoshta, mendoi ekipi, kishte receptorë të tjerë në slug deti të ndjeshëm ndaj atij peptidi që përmban D. Nëse po, ndoshta disa nga ata receptorë do t’i përgjigjeshin ndryshe.

Yussif, një kandidat për doktoraturë në kimi, shkoi në punë duke kërkuar për receptorët e detit, planet gjenetike të të cilëve ngjanin me ato të atij që Checco kishte zbuluar. Ai në fund ngushtoi një listë kandidatësh, të cilat ekipi më pas i klonoi dhe arriti t’i shprehte në qeliza përpara se t’i prezantonte me të njëjtin peptid që përmban D si më parë. Një nga receptorët u përgjigj. Por ky receptor – në një performancë pothuajse pasqyruese të origjinalit të Checco-s – iu përgjigj shumë më favorizues peptidit që përmban D sesa homologu i tij “all-L”.

“Ju mund të shihni një ndryshim mjaft dramatik,” tha Checco, “ku tani D është, në fakt, shumë më i fuqishëm se L në aktivizimin e këtij receptori të ri.”

Në fakt, ekipi kuptoi, orientimi i atij aminoacidi të vetëm po drejtonte peptidin e tij për të aktivizuar ose njërin ose tjetrin receptor. Në gjendjen e tij të plotë L, neurotransmetuesi preferoi origjinalin e Checco-s. Kur ai L i caktuar u kthye në D, nga ana tjetër, shkoi për kandidatin e ri të Jusifit.

Sistemet nervore qendrore mbështeten në lloje të ndryshme të neurotransmetuesve për të dërguar sinjale të ndryshme te receptorët e ndryshëm, me dopaminën dhe serotoninën ndër më të njohurit tek njerëzit. Megjithatë, duke pasur parasysh kompleksitetin radikal dhe delikatesën e sinjalizimit në shumë kafshë, Checco tha se ka kuptim që ato mund të evoluojnë mënyra po aq të sofistikuara për të rregulluar saktë sinjalet e dërguara qoftë edhe nga një neuropeptid i vetëm.

“Këto lloj procesesh komunikimi duhet të jenë shumë, shumë të rregulluara,” tha Checco. “Ju duhet të bëni molekulën e duhur. Duhet të lëshohet në kohën e duhur. Duhet të lëshohet në faqen e duhur. Duhet të degradohet, në fakt, në një kohë të caktuar, në mënyrë që të mos keni shumë sinjalizime.

“Pra, ju keni gjithë këtë rregullore,” tha ai, “dhe tani ky është një nivel krejtësisht i ri i tij.”

Fatkeqësisht për Checco-n dhe të tjerët si ai, peptidet natyrale që përmbajnë aminoacide D janë të vështira për t’u identifikuar duke përdorur instrumentet e disponueshme për shumicën e laboratorëve. Ai dyshon se është një arsye që, të paktën deri më sot, nuk janë gjetur peptide që përmbajnë D te njerëzit. Ai gjithashtu dyshon se do të ndryshojë – dhe se, kur të ndodhë, mund t’i ndihmojë studiuesit të kuptojnë më mirë funksionin dhe mosfunksionimin e sinjalizimit në tru që lidhet me sëmundjen.

“Unë mendoj se ka të ngjarë që ne të gjejmë peptide me këtë lloj modifikimi tek njerëzit,” tha Checco. “Dhe kjo do të hapë potencialisht rrugë të reja terapeutike për sa i përket atij objektivi specifik. Të kuptuarit e më shumë se si funksionojnë këto gjëra mund të jetë emocionuese atje.”

Ndërkohë, Checco, Yussif dhe Blasing, një diplomë e lartë e dyfishtë në biokimi dhe kimi, janë të zënë duke u përpjekur t’u përgjigjen pyetjeve të tjera. Si fillim, ata pyesin veten nëse një peptid që përmban all-L kundrejt D – madje edhe ata që kanë të ngjarë të aktivizojnë një receptor – mund ta aktivizojnë atë receptor në mënyra të ndryshme, me pasoja të ndryshme qelizore. Dhe kërkimi për receptorët nuk do të ndalet gjithashtu.

“Ky është një sistem receptorësh, por ka të tjerë,” tha Checco. “Kështu që unë mendoj se ne duam të fillojmë të zgjerojmë dhe zbulojmë receptorë të rinj për më shumë nga këto peptide, për të marrë vërtet një pamje më të madhe se si ky modifikim ndikon në sinjalizimin dhe funksionin.