وقتی سلول‌ها با هم حرف می‌زنند

یکی از نخستین و جالب توجه‌ترین حقایقی که دانشجویان رشته‌های مختلف زیست‌شناسی می‌آموزند این است که تمامی سلول‌های زنده از مولکول کوچکی موسوم به ATP به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. این جریان بزرگ انرژی نقش اصلی را در شکل‌گیری و به جلو رفتن واکنش‌های زیست‌شناسی برعهده دارد. در حقیقت مولکول‌های ATP به سلول‌ها این امکان را می‌دهند تا به حیات خود ادامه داده و روزبه‌روز بارورتر شوند. از این رو بیهوده نیست که باید مولکول‌های ATP را دارای نقشی اساسی و بنیادین در دنیای زیست‌شناسی به‌شمار آورد. اکنون یکی از نگرش‌های اصلی دانشمندان علوم پزشکی در درمان بسیاری از بیماری‌های سخت، استفاده از این مولکول‌ها در پیدا کردن شیوه‌های جدید است.

ATP یا آدنوزین‌تری فسفات، ماده‌ای است که می‌تواند انرژی را در خود ذخیره و در موقع لزوم آن را آزاد کند. این مولکول از دو بخش تشکیل شده است. بخشی از آن که آدنوزین نام دارد خود از یک مولکول پنتوز و یک مولکول آدنین ساخته شده است. آدنین نوعی باز آلی است که در ساختار نوکلئوتیدها شرکت دارد و با علامت A نشان داده می‌شود. بخش دیگر آن از 3 مولکول فسفات ساخته شده است.

دانشمندان علوم زیست‌شناسی و پزشکی معتقدند مولکول‌های ATP مملو از یک دنیا راز و رمز هستند.

در گذشته مشخص شده بود که این مولکول‌ها احتمالا بیشترین و مصرفی‌ترین مولکولی به‌شمار می‌آیند که در بدن انسان تولید می‌شوند. اما پس از این یافته مهم مشخص شد که این مولکول‌ها به همان اندازه که در داخل سلول‌های زنده نقش مهمی ایفا می‌کنند، در خارج از سلول‌ها نیز ایفای نقش حیاتی دارند. طی سال‌های گذشته طیف گسترده‌ای از اکتشافات در این زمینه صورت گرفته و مشخص شده است که مولکول‌های ATP بدون شک در حکم بازیگر منتشرکننده سیگنال‌های مختلف هستند که به سلول‌ها و بافت‌های سراسر بدن این اجازه را می‌دهند تا با یکدیگر در ارتباط باشند. این سوخت مهم در حقیقت در قالب زبان رایج میان سلول‌ها نیز در نظر گرفته می‌شود. هنگامی که حدود نیم قرن پیش نقش دوگانه این مولکول‌های به بحث و بررسی جهانی گذاشته شد تردیدهای فراوانی نیز نسبت به نقش‌های مختلف این مولکول مطرح شد. اما طی 15 سال گذشته انبوهی از یافته‌های علمی ـ پزشکی در این زمینه به ثبت رسیده است که به نقش این مولکول‌های در درون و بیرون از سلول‌ها با جزئیات کامل پرداخته شده است. این تحقیقات شامل بررسی نقش این مولکول‌ها در رشد و عملکرد روزمره اندام‌ها و بافت‌های مختلف بدن است. ازآنجاکه این مولکول‌های در همه جای بدن وجود دارند، نقش سیگنال‌دهی این مولکول‌ها تأثیر خیره‌کننده‌ای بر عملکردهای فیزیولوژیکی بدن داشته و از این رو می‌توان از آنها به عنوان فرصتی مناسب جهت ارتقای سطح سلامتی افراد استفاده کرد. هم اکنون آزمایشگاه‌های مختلفی در سراسر جهان خود را درگیر رقابتی بزرگ برای تبدیل و استفاده از این سیگنال‌ها به شیوه‌های درمانی کرده‌اند.

مولکول ATP در سال 1929 کشف شد اما نکته جالب این بود که محققان علوم پزشکی و زیست‌شناسی سراسر جهان از مدت‌ها پیش درگیر یک معمای بزرگ بودند: سلول‌های زنده انرژی مورد نیاز خود را از کجا به‌دست می‌آورند؟ در سال 1922 کارل لومان اتو در آلمان و گروهی از همکارانش در مدرسه پزشکی هاروارد نشان دادند فعالیت‌های درون سلولی که امکانات مختلفی را برای سلول‌های ماهیچه‌ای فراهم می‌کنند برچه اساس صورت می‌گیرند. در حقیقت این تلاش‌ها آغازی برای مشخص شدن نقش دیگر مولکول‌های ATP به‌شمار می‌آید. در ادامه این تلاش‌ها و در سال 1935 گروهی از محققان ساختاری را برای مولکول ATP ارائه کردند که تأیید نهایی آن از سوی مجامع علمی و پزشکی سراسر جهان حدود یک دهه طول کشید. دو نفر از محققان دانشگاه کمبریج از جمله محققانی بودند که با تحقیقات جامع خود این ساختار را به تایید نهایی رساندند. البته در این مدت نسبتا طولانی هیچ‌کس نقشی را برای این مولکول‌های در خارج از مرزهای سلولی متصور نمی‌شد تا این‌که در سال 1962 اتفاقات جالب توجهی روی داد. برن استاک از محققان جوان سال‌های دور دانشگاه ملبورن استرالیا که مطالعات زیادی را درخصوص عصب‌های کنترل‌کننده بافت‌های ماهیچه‌ای انجام می‌داد دست به کار بزرگی زد. وی در حالی که سیگنال‌دهی سیستم عصبی خودمختار بدن را مورد بررسی قرار می‌داد به شواهدی از سیگنال‌دهی عصبی دست پیدا کرد که با آنچه که در گذشته کشف شده بود تفاوت‌های زیادی داشت. برن استاک با استفاده از اطلاعاتی که از گذشته به دست آمده بود و نشان می‌داد عصب‌های حسی مولکول‌های ATP منتشر می‌کنند، بر آن شد تا دریابد آیا این مولکول‌ها می‌توانند مسوول سیگنال‌دهی میان اعصاب و ماهیچه‌ها باشند؟

وی برای یافتن پاسخ قطعی برای این پرسش دست به انجام یکسری آزمایشات زد. او از مواد شیمیایی مخصوصی برای از کار انداختن این سیگنال‌دهی استفاده کرد و در نهایت توانست ثابت کند هر فرآیند سیگنال‌دهی که میان اعصاب و ماهیچه‌ها صورت می‌گیرد از طریق مولکول‌های ATP انجام می‌شود.

زمانی که نقش انکارناپذیر مولکول‌های ATP در سیگنال‌دهی میان سلول‌ها در شبکه عصبی مورد بررسی قرار می‌گیرد جای هیچ تعجب ندارد که این مولکول‌ها در عملکرد صحیح حواس پنجگانه بازیگر مهمی محسوب می‌شوند. به عنوان مثال دریافت‌کننده‌های ATP که در سلول‌های عصبی شبکیه چشم‌ها نیز وجود دارند واکنش سلول‌ها به اطلاعاتی که از سلول‌های میله‌ای و مخروطی چشم یا همان دریافت‌کننده‌های نور در چشم را تحت تأثیر قرار می‌دهند. در ادامه و در قالب یک تناوب بی‌نقص اعصاب شبکیه این مولکول‌های و ماده‌ای ارزشمند به نام استیل کولین را به کار گرفته تا اطلاعاتشان را به مراکز پردازشگر مغزی ارسال کنند. گذشته از این وظیفه روزمره برای مولکول‌های ATP ، گروه‌های تحقیقاتی دیگری نشان داده‌اند که سیگنال دهی این مولکول‌های در طول دوران رشد چشم جنین می‌تواند تأثیراتی به همراه داشته باشد که تا پایان عمر با فرد همراه خواهد بود.

همچنین نیکولاس دیل از دانشگاه وارویک لندن و تیم تحقیقاتی همراهش نشان داده‌اند انتشار مولکول‌های ATP در دوران خاصی از مرحله ابتدایی جنینی نشانی روشن بر رشد چشمهاست. انتشار این مولکول‌های در حین رشد برای شکل‌گیری مناسب قسمت حلزونی گوش نیز بسیار ضروری است. این عضو مسوول شنیدن است و سیگنال‌دهی ATP برای عملکرد کامل و بی‌نقص گوش داخلی حتی در دوران بزرگسالی نیز به رشد خود ادامه می‌دهد. در گوش حدود 50 هزار سلول مویی ـ نورون‌های منتشر کننده صدا در گوش داخلی ـ وجود دارد که در سراسر قسمت حلزونی گوش داخلی پخش شده‌اند و حدود نیمی از آنها دریافت‌کننده‌ها را در معرض آنها قرار می‌دهند. در حقیقت این مرحله به عنوان یکی از مراحل اصلی در فرآیند شنیدن به حساب می‌آید.

اما این تازه آغاز داستان طولانی نقش مولکول‌های ATP در پایدار ماندن سلامتی بدن است. جوانه‌های چشایی یا همان پایانه‌های عصبی حسی که در سطح زبان پخش شده‌اند دربرگیرنده دریافت‌کننده‌های P2x هستند که فرآیند چشیدن را تسهیل می‌کنند. گروهی از محققان دانشگاه کلرادو در تحقیقات خود ثابت کرده‌اند این مولکول‌های نقش حیاتی به عنوان یک فرستنده از جوانه‌های چشایی به اعصاب چشایی دارند. آنها برای این‌که یافته‌های خود را ثابت کنند موش‌هایی را زیر نظر گرفتند که فاقد دریافت‌کننده‌های P2X2 و P2x3 بودند و جالب این بود که متوجه شدند این موش‌ها توانایی چشیدن را ندارند.

محققان مولکول‌های ATP را مملو از راز و رمزهای جالب توجه می‌دانند. به عنوان مثال مشخص شده است دریافت‌کننده‌‌های P2x2 و P2x3که در جوانه‌های چشایی دیده می‌شوند دقیقا مشابه آنهایی هستند که در انواع خاصی از سیگنال دهی درد دیده می‌شود. دهه‌های طولانی است که دانشمندان می‌دانند مولکول‌های ATP موجود در پوست مسوول اصلی احساس درد هستند. بتازگی نیز گروهی از محققان در لندن نیز نشان داده‌اند این احساس درد به‌واسطه فعال شدن دریافت‌کننده P2x3 ATP در پایانه‌های عصبی حسی صورت صورت، می‌گیرد. این پایانه‌ها هم به لمس و هم به درد حساس هستند.

در بدن دردهای مختلفی احساس می‌شود که یکی از آنها به دردهای نوروپتیک شناخته شده است.

مطالعات گروهی از دانشمندان دانشگاه‌های کیوشوی ژاپن و دانشگاه تورنتو نشان می‌دهد مرحله کلیدی در فرآیند شکل‌گیری این نوع از درد شامل فعال‌سازی دریافت کننده‌های ATP در سلول‌های مسوول تأمین ایمنی مغز نخاع موسوم به میکروگلیاست. میکروگلیا نیز به نوبه خود مولکول‌هایی را منتشر می‌کند که آنها نیز فیبرهای عصبی موثر در احساس کردن درد را تحریک می‌کنند.

کشف دریافت‌کننده‌های ATP در گیاهان و اشکال اولیه حیات ازجمله آمیب‌ها و کرم‌ها نشان‌دهنده این است که چنین مولکولی نقش حیاتی در انتقال روزمره سیگنال‌های ارتباطاتی در فرآیند تکاملی موجودات داشته است. مکانیسم سیگنال‌دهی این مولکول زمانی هیجان‌برانگیزتر می‌شود که تعامل آن با سایر سیستم‌های سیگنال‌دهی خارج از سلول را نیز مد نظر قرار می‌دهیم. خانواده بزرگی از آنزیم‌ها که تحت عنوان ectoATPases شناخته می‌شوند در قسمت‌های مختلف سطح اکثر سلول‌های بدن قرار دارند. تعاملی که میان این آنزیم‌ها و مولکول‌های ATP در سیگنال دهی وجود دارد از سوی محققان علوم پزشکی و زیستی حیرت‌انگیز عنوان شده است. دانشمندان ارزش زیادی برای مولکول‌های ATP قائل شده و آن را به عنوان موتور سلول در نظر می‌گیرند. این موتور سلول و تمامی جوانب مرتبط با آن را زنده نگاه می‌دار د و در نتیجه می‌توان گفت حیات انسان‌ها کاملا مرتبط با فعالیت ATP و سلامت آن است. از کشف مولکول ATP حدود 80 سال می‌گذرد و در این مدت دستاوردهای زیادی در این زمینه ارائه شده است که به عقیده کارشناسان مهم‌ترین آنها می‌تواند تهیه و تولید داروهای جدید با تاثیرگذاری قابل توجه.

از آنجا که نگرش محققان علوم پزشکی و زیست‌شناسی نسبت به اهمیت مولکول‌های ATP در سال‌های اخیر تعمیق بیشتری پیدا کرده است، شرکت‌های مختلف داروسازی تلاش جدیدی را برای استفاده از دریافت‌کننده‌های P2x به عنوان هدف جدید دارویی و درمان دردهای نوروپتیک یا دردهای التهابی آغاز کرده‌اند. در علم پزشکی احساس درد تنها یک بخش از نمود سلامت انسانی است. پیش‌بینی می‌شود در سال‌های نه چندان دور بسیاری از دردهای رایج در سراسر بدن با تولید داروهایی که مولکول‌های ATP یا دریافت کننده‌هایشان را هدف قرار می‌دهند کاهش یافته و به تدریج ریشه‌کن شوند.

بیماران قلبی که دچار اختلالات آزاردهنده‌ای در رگ‌های قلبی و عروقی خود هستند از جمله بیمارانی به شمار می‌آیند که چشم انتظار تولید داروهایی مختص هدف قرار دادن دریافت کننده‌هایATP هستند. دلیل این همه توجه علمی به مولکول‌های ATP کاملا روشن است. زمانی که جراحتی در قسمتی از پوست بدن روی می‌دهد، سلول‌های این نواحی حجم قابل توجهی از این مولکول‌های را در فضای بین سلولی منتشر می‌کنند. در چنین شرایطی سیگنال‌دهی ATP موجب شکل‌گیری شرایط موقتا پایداری در این نواحی شده و به سرعت لخته‌های خونی تشکیل می‌شود که در ادامه به قطع‌شدن فرآیند خونریزی منجر می‌شود. البته فرآیند مشابهی نیز درون رگهای خونی روی می‌دهد که در نهایت به شکل‌گیری حملات قلبی و سکته‌های مرگبار منجر می‌شوند. هم‌اکنون داروی خنثی‌کننده چنین لخته‌هایی در بازار وجود دارد موسوم به clopidogrel که با از کار انداختن دریافت‌کننده P2Y12 در پلاکت‌های خونی و ایجاد مانع در سر راه ATP برای لخته کردن خون مانع از انسداد رگ‌های عروقی و بروز حملات قلبی می‌شود. البته هم‌اکنون نیز شمار قابل توجهی از چنین داروهایی در مراحل آزمایشگاهی و دریافت تاییدیه نهایی هستند.

یکی از مهم‌ترین و در عین حال جالب توجه ترین بخش‌هایی از بدن که مولکول‌های ATP تأثیر حیاتی خود را نشان می‌دهند به سیستم گوارشی باز می‌گردد. محققان دانشگاه میشیگان ثابت کرده‌اند که این مولکول‌های که از سیستم عصبی روده‌ای به جداره روده فرستاده می‌شوند بر روی دریافت‌کننده‌های P2X و P2Y تأثیر گذاشته تا عمل انقباض و انبساط موجود جهت هدایت غذای بلعیده شده بخوبی انجام شود. نکته جالب دیگر این است که این مولکول‌های که خود را به دریافت‌کننده‌های P2Y موجود در سلول‌های سطح داخلی روده چسبانده‌اند موجب ترشح آنزیم‌های مخصوص گوارشی می‌شوند.

گذشته از تمامی تلاش‌هایی که برای استفاده از مولکول‌های ATP جهت کمک به بیماران مختلف و درمان انواع عوارض صورت گرفته است با این حال نگرانی محسوسی نیز به چشم می‌خورد: تولید دارویی‌های که تنها یک اندام یا بافت را هدف قرار دهد آن هم بدون اثرات سوء برای سایر اندام ها. البته نگرانی تنها به این مولکول‌های محدود نمی‌شود. با این حال راه چاره‌ای نیز برای این منظور ارائه شده است: گروهی از محققان آزمایشاتی درخصوص دستکاری دریافت‌کننده‌های این مولکول‌ها انجام داده و به نوعی آنها را طراحی مجدد می‌کنند. آنها این دریافت‌کننده‌های دستکاری شده را به درون سلول‌ها راه داده و آنها را با این هدف که آیا تأثیر مخرب احتمالی برای سایر اندام‌ها به همراه دارند یا نه زیرنظر می‌گیرند. محققان به این روش به عنوان تکنیکی هدفمند و کنترل شده برای استفاده از دریافت‌کننده‌های مولکول ATP در تولید داروهای جدید و مؤثر استفاده می‌کنند. به نظر می‌رسد دستاوردهای اخیر دانشمندان علوم پزشکی و زیستی در زمینه مولکول‌های ATP در کنار موفقیتهایی که درخصوص ‍ژن درمانی و مهندسی بافت به دست آمده است راه را برای تحول در تکنیک‌های درمانی باز کند. هدفمند بودن و قابلیت اعمال کنترل کامل بر روش درمانی که با تکیه بر مولکول‌های ATP ارائه می‌شود مهم‌ترین امیدواری دانشمندان در زمینه تولید داروهای جدید است. از آن گذشته بسیاری از ناراحتی قلبی را می‌توان با تکیه بر این چشم‌انداز نوین بتدریج به بوته فراموشی سپرد.

مهدی کیا

منبع: Scientific American