انعطاف پذیری شگفت انگیز گلبول‌های قرمز
گلبول‌های قرمز باید انعطاف‌پذیر باشند تا بتوانند برای انتقال اکسیژن از مویرگ‌های بسیار ریز عبور کنند. امروزه شیمیدانان توانسته‌اند راز این انعطاف را کشف کنند: یک شبکه‌ی توری مانند دو بعدی همچون گنبدی هندسی در زیر غشای اصلی سلول قرار گرفته است که از پروتئین اسپکترین (بزرگ‌ترین و فراوان ترین پروتئین سطحی غشای گلبول قرمز) ساخته شده است. این پروتئین، حالت فنر مانندی داشته و به علت ساختار آن این دو غشا در هم می‌آمیزند و دارای خاصیت انعطاف پذیری بالایی می‌شوند. میکروسکوپ سوپر رزولوشن جدیدی جزئیات دقیقی از غشای توری و اجزای سازنده آن را نشان داده است.
تکنیک میکروسکوپی فوق رزولوشن که STORM نامیده می‌شود، شبکه توری دو بعدی پروتئینی که زیر غشای اصلی گلبول های قرمز قرار گرفته است را نشان می دهد. این ساختار کلید انعطاف پذیری گلبول‌های قرمز است.
در مطالعه‌ای در این زمینه که در ژورنال Cell Reports آورده شده است، محققان از این تکنیک استفاده کردند تا بتوانند این غشای توری مانند را که غشای خارجی‌تر گلبول قرمز را حمایت می‌کند، مورد بررسی قرار دهند و بتوانند نشان دهند که چرا این سلول‌ها تا این حد محکم و در عین حال دارای انعطاف‌پذیری هستند؛ به صورتیکه می‌توانند از مویرگ‌های بسیار باریک بگذرند و اکسیژن را به بافت‌های بدن برسانند. این مشاهدات در نهایت توانست پرده از این راز بردارد که چگونه انگل مالاریا می‌تواند از این غشا عبور و گلبول‌های قرمز خون را مورد حمله قرار داده و تخریب کند.
یو (Xu) یکی از محققان در این زمینه می‌گوید:
ما می دانیم که این‌انگل دارای نوعی بر هم کنش با اسکلت سلولی است؛ ولی چگونگی آن به‌دلیل اینکه راهی برای دیدن این ساختار نبوده است، مبهم بود. اکنون که ما قادریم ببینیم در یک سلول سالم چه اتفاقی می‌افتد، می‌توانیم در نهایت به این برسیم که موقع بیماری چه چیزی تغییر می‌کند و چگونه داروها این وضعیت را تحت تاثیر قرار می‌دهند.
سلول‌های معمولی انسان دارای یک اسکلت دوبعدی هستند که از غشای خارجی حفاظت می‌کند. آنها یک اسکلت سه‌بعدی درونی هم دارند که از تمام اندامک‌های درون سلولی محافظت می‌کند و به‌عنوان یک سیستم حمل‌ونقل در کل سلول عمل می‌کند. گلبول‌های قرمز تنها حفاظ‌های غشایی دارند و هیچ تکیه‌گاه داخلی ندارند. بنابراین آنها اساسا یک بالون پر شدن با ملکول‌های هموگلوبین حامل اکسیژن هستند. با توجه به ساختار ساده گلبول‌های قرمز، این سلول‌ها برای مطالعه اسکلت سلولی که از غشا سلول‌ها پشتیبانی می‌کند، گزینه‌ی مناسبی به شمار می‌روند.
تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی قبلا نشان داده بود که اسکلت سلولی تحت غشایی در گلبول‌های قرمز یک شبکه مشبک مثلثی از پروتئین ها است که دارای حالتی شبیه یک گنبد هندسی است. اما اندازه‌گیری ابعاد واحدهای سازنده این غشاها از طریق مسطح کردن غشای سلول مرده و خشک شده انجام می‌شد، روشی که این ساختار را به هم می‌ریزد و بنابراین نتایج دقیقی حاصل نمی‌کند.
مشاهده اسکلت سلولی با میکروسکوپ STORM
یو یکی از مخترعان میکروسکوپ فوق رزولوشن و متخصص نسخه‌ی خاصی از این میکروسکوپ که STORM نامیده می‌شود، است. میکروسکوپ فوق رزولوشن تصویری حدود ۱۰ برابر واضح‌تر از میکروسکوپ نوری استاندارد می‌دهد و با سلول‌های مرطوب و زنده، کار می کند. با استفاده از STORM، یو و رویی یان (Rui Yan) توانستند اسکلت سلولی تحت غشایی گلبول‌های قرمز زنده را مشاهده کنند و فهمیدند که اجزای سه گوش غشای مشبک در حدود نصف اندازه‌ای هستند که در اندازه‌گیری‌های قبلی با استفاده از میکروسکوپ نوری گزارش شده بود، یعنی به جای ۱۹۰ نانومتر حدود ۸۰ نانومتر طول دارند. این تشخیص بسیار مهم است زیرا بلوک‌های ساختمانی این شبکه، پروتئین‌هایی هستند که اسپکترین نامیده می‌شوند و می‌توانند تا طول ۱۹۰ نانومتر کشیده شوند. اما از آنجایی که طول طبیعی آنها در حالت رها شده ۸۰ نانومتر است، این ساختار دارای حالت فنر مانند است و تحت شرایط مختلف فیزیولوژیکی همچون فنر عمل کرده و دارای خاصیت کشسانی است و امکان عبور گلبول های قرمز از مویریگ های بسیار باریک را فراهم می کند. در رأس شبکه، جایی که پنج تا شش پروتئین اسپکترونی به هم می‌رسند، پروتئین دیگری به نام اکتین وجود دارد. اکتین بخشی از اسکلت سلولی زیر غشایی است و یکی از اجزای اصلی ساختار سلول به شمار می‌رود.
با استفاده از میکروسکوپ جدید، حفره‌هایی در شبکه اسکلت سلولی مشاهده شده است که تا کنون در هیچ مطالعه‌ای نشان داده نشده بود و این ساختار احتمالا برای انعطاف پذیری سلول حیاتی است. به گفته‌ی یو، این یک نقص در شبکه است، اما دلیل برای آن وجود دارد، سلول می‌خواهد به محض اینکه به مویرگ برسد ساختار خود را به سرعت تغییر دهد و داشتن چنین ساختاری در شکل گیری مجدد سلول بدون شکستن غشای توری کمک می‌کند.
در واقع یو نقش ساختاری اصلی اسپکترین را کشف کرد. او از این میکروسکوپ برای بررسی ساختار اسکلتی نورون‌ها استفاده کرد و متوجه شد که پروتئین‌های اکتین، حلقه‌های دقیق فاصله داری را در طول آکسون تشکیل می‌دهند. آنها دقیقا با فاصله ۱۹۰ نانومتر از هم جدا می‌شوند و وقتی که کتابهای علمی موجود در این زمینه را برای پیدا کردن پروتئین‌هایی با آن طول بررسی کرد او به اسپکترین برخورد کرد. او بعدا از این میکروسکوپ برای تأیید اینکه در حالت کششش، پروتئین‌های اسپکترین، فاصله بین حلقه‌ها را پر می‌کنند و آنها را دقیقا از هم جدا می‌کنند، استفاده کرد.
یو گفت:
اسکلت حلقوی موجب می‌شود که اکسون‌ها دارای یک ساختار بسیار پایدار اما قابل انعطاف باشد، در حالی که فاصله منظم ممکن است کلید هدایت الکتریکی این سلول‌ها باشد.
میکروسکوپ فوق رزولوشن از یک ترفند برای غلبه بر قابلیت محدود جداسازی میکروسکوپ نوری استفاده می‌کند. میکروسکوپ نور معمولی نمی توانند چیزهایی که کوچکتر از نصف اندازه طول موج نوراند را به وضوح نشان دهند. نحوه‌ی کار میکروسکوپ STORM به این شکل است که با اتصال یک منبع نور چشمک زن به ملکول‌ها به صورت انفرادی و سپس جداکردن موقعیت هر نور به صورت انفرادی از دیگران، تصویر کاملی می‌سازد، چیزی شبیه سبک نقاشی نقطه چینی (pointillism) که نقاشی حاصل از نقطه‌هایی رنگی بی شماری است که کنار هم قرار داده می‌شوند.
به طور معمول، شیمیدان‌ها این منابع چشمک زن را به تمام ملکول‌های هم نوع، در یک سلول می‌تابانند مثلا همه ملکول‌های اکتین اما از آنجایی که تنها درصد کوچکی از منبع نور در هر زمان چشمک می‌زند و تابیده می‌شود می‌توان مکان دقیق هر کدام را مشخص کرد. امروزه بالاترین رزولوشن حدود ۱۰ نانومتر است، که در حدود اندازه یک پروتئین یا مولکول است.
نظرات