انعطاف پذيري شگفت انگيز گلبول‌هاي قرمز
گلبول‌هاي قرمز بايد انعطاف‌پذير باشند تا بتوانند براي انتقال اكسيژن از مويرگ‌هاي بسيار ريز عبور كنند. امروزه شيميدانان توانسته‌اند راز اين انعطاف را كشف كنند: يك شبكه‌ي توري مانند دو بعدي همچون گنبدي هندسي در زير غشاي اصلي سلول قرار گرفته است كه از پروتئين اسپكترين (بزرگ‌ترين و فراوان ترين پروتئين سطحي غشاي گلبول قرمز) ساخته شده است. اين پروتئين، حالت فنر مانندي داشته و به علت ساختار آن اين دو غشا در هم مي‌آميزند و داراي خاصيت انعطاف پذيري بالايي مي‌شوند. ميكروسكوپ سوپر رزولوشن جديدي جزئيات دقيقي از غشاي توري و اجزاي سازنده آن را نشان داده است.
تكنيك ميكروسكوپي فوق رزولوشن كه STORM ناميده مي‌شود، شبكه توري دو بعدي پروتئيني كه زير غشاي اصلي گلبول هاي قرمز قرار گرفته است را نشان مي دهد. اين ساختار كليد انعطاف پذيري گلبول‌هاي قرمز است.
در مطالعه‌اي در اين زمينه كه در ژورنال Cell Reports آورده شده است، محققان از اين تكنيك استفاده كردند تا بتوانند اين غشاي توري مانند را كه غشاي خارجي‌تر گلبول قرمز را حمايت مي‌كند، مورد مطالعه قرار دهند و بتوانند نشان دهند كه چرا اين سلول‌ها تا اين حد محكم و در عين حال داراي انعطاف‌پذيري هستند؛ به صورتيكه مي‌توانند از مويرگ‌هاي بسيار باريك بگذرند و اكسيژن را به بافت‌هاي بدن برسانند. اين مشاهدات در نهايت توانست پرده از اين راز بردارد كه چگونه انگل مالاريا مي‌تواند از اين غشا عبور و گلبول‌هاي قرمز خون را مورد حمله قرار داده و تخريب كند.
يو (Xu) يكي از محققان در اين زمينه مي‌گويد:
ما مي دانيم كه اين‌انگل داراي نوعي بر هم كنش با اسكلت سلولي است؛ ولي چگونگي آن به‌دليل اينكه راهي براي ديدن اين ساختار نبوده است، مبهم بود. اكنون كه ما قادريم ببينيم در يك سلول سالم چه اتفاقي مي‌افتد، مي‌توانيم در نهايت به اين برسيم كه موقع بيماري چه چيزي تغيير مي‌كند و چگونه داروها اين وضعيت را تحت تاثير قرار مي‌دهند.
سلول‌هاي معمولي انسان داراي يك اسكلت دوبعدي هستند كه از غشاي خارجي حفاظت مي‌كند. آنها يك اسكلت سه‌بعدي دروني هم دارند كه از تمام اندامك‌هاي درون سلولي محافظت مي‌كند و به‌عنوان يك سيستم حمل‌ونقل در كل سلول عمل مي‌كند. گلبول‌هاي قرمز تنها حفاظ‌هاي غشايي دارند و هيچ تكيه‌گاه داخلي ندارند. بنابراين آنها اساسا يك بالون پر شدن با ملكول‌هاي هموگلوبين حامل اكسيژن هستند. با توجه به ساختار ساده گلبول‌هاي قرمز، اين سلول‌ها براي مطالعه اسكلت سلولي كه از غشا سلول‌ها همراهي مي‌كند، گزينه‌ي مناسبي به شمار مي‌روند.
تصاوير حاصل از ميكروسكوپ الكتروني قبلا نشان داده بود كه اسكلت سلولي تحت غشايي در گلبول‌هاي قرمز يك شبكه مشبك مثلثي از پروتئين ها است كه داراي حالتي شبيه يك گنبد هندسي است. اما اندازه‌گيري ابعاد واحدهاي سازنده اين غشاها از طريق مسطح كردن غشاي سلول مرده و خشك شده انجام مي‌شد، روشي كه اين ساختار را به هم مي‌ريزد و بنابراين نتايج دقيقي حاصل نمي‌كند.
مشاهده اسكلت سلولي با ميكروسكوپ STORM
يو يكي از مخترعان ميكروسكوپ فوق رزولوشن و متخصص نسخه‌ي خاصي از اين ميكروسكوپ كه STORM ناميده مي‌شود، است. ميكروسكوپ فوق رزولوشن تصويري حدود ۱۰ برابر واضح‌تر از ميكروسكوپ نوري استاندارد مي‌دهد و با سلول‌هاي مرطوب و زنده، كار مي كند. با استفاده از STORM، يو و رويي يان (Rui Yan) توانستند اسكلت سلولي تحت غشايي گلبول‌هاي قرمز زنده را مشاهده كنند و فهميدند كه اجزاي سه گوش غشاي مشبك در حدود نصف اندازه‌اي هستند كه در اندازه‌گيري‌هاي قبلي با استفاده از ميكروسكوپ نوري گزارش شده بود، يعني به جاي ۱۹۰ نانومتر حدود ۸۰ نانومتر طول دارند. اين تشخيص بسيار مهم است زيرا بلوك‌هاي ساختماني اين شبكه، پروتئين‌هايي هستند كه اسپكترين ناميده مي‌شوند و مي‌توانند تا طول ۱۹۰ نانومتر كشيده شوند. اما از آنجايي كه طول طبيعي آنها در حالت رها شده ۸۰ نانومتر است، اين ساختار داراي حالت فنر مانند است و تحت شرايط مختلف فيزيولوژيكي همچون فنر عمل كرده و داراي خاصيت كشساني است و امكان عبور گلبول هاي قرمز از مويريگ هاي بسيار باريك را فراهم مي كند. در رأس شبكه، جايي كه پنج تا شش پروتئين اسپكتروني به هم مي‌رسند، پروتئين ديگري به نام اكتين وجود دارد. اكتين بخشي از اسكلت سلولي زير غشايي است و يكي از اجزاي اصلي ساختار سلول به شمار مي‌رود.
با استفاده از ميكروسكوپ جديد، حفره‌هايي در شبكه اسكلت سلولي مشاهده شده است كه تا كنون در هيچ مطالعه‌اي نشان داده نشده بود و اين ساختار احتمالا براي انعطاف پذيري سلول حياتي است. به گفته‌ي يو، اين يك نقص در شبكه است، اما دليل براي آن وجود دارد، سلول مي‌خواهد به محض اينكه به مويرگ برسد ساختار خود را به سرعت تغيير دهد و داشتن چنين ساختاري در شكل گيري مجدد سلول بدون شكستن غشاي توري كمك مي‌كند.
در واقع يو نقش ساختاري اصلي اسپكترين را كشف كرد. او از اين ميكروسكوپ براي مطالعه ساختار اسكلتي نورون‌ها استفاده كرد و متوجه شد كه پروتئين‌هاي اكتين، حلقه‌هاي دقيق فاصله داري را در طول آكسون تشكيل مي‌دهند. آنها دقيقا با فاصله ۱۹۰ نانومتر از هم جدا مي‌شوند و وقتي كه جزوه رايگانهاي علمي موجود در اين زمينه را براي پيدا كردن پروتئين‌هايي با آن طول مطالعه كرد او به اسپكترين برخورد كرد. او بعدا از اين ميكروسكوپ براي تأييد اينكه در حالت كششش، پروتئين‌هاي اسپكترين، فاصله بين حلقه‌ها را پر مي‌كنند و آنها را دقيقا از هم جدا مي‌كنند، استفاده كرد.
يو گفت:
اسكلت حلقوي موجب مي‌شود كه اكسون‌ها داراي يك ساختار بسيار پايدار اما قابل انعطاف باشد، در حالي كه فاصله منظم ممكن است كليد هدايت الكتريكي اين سلول‌ها باشد.
ميكروسكوپ فوق رزولوشن از يك ترفند براي غلبه بر قابليت محدود جداسازي ميكروسكوپ نوري استفاده مي‌كند. ميكروسكوپ نور معمولي نمي توانند چيزهايي كه كوچكتر از نصف اندازه طول موج نوراند را به وضوح نشان دهند. نحوه‌ي كار ميكروسكوپ STORM به اين شكل است كه با اتصال يك منبع نور چشمك زن به ملكول‌ها به صورت انفرادي و سپس جداكردن موقعيت هر نور به صورت انفرادي از ديگران، تصوير كاملي مي‌سازد، چيزي شبيه سبك نقاشي نقطه چيني (pointillism) كه نقاشي حاصل از نقطه‌هايي رنگي بي شماري است كه كنار هم قرار داده مي‌شوند.
به طور معمول، شيميدان‌ها اين منابع چشمك زن را به تمام ملكول‌هاي هم نوع، در يك سلول مي‌تابانند مثلا همه ملكول‌هاي اكتين اما از آنجايي كه تنها درصد كوچكي از منبع نور در هر زمان چشمك مي‌زند و تابيده مي‌شود مي‌توان مكان دقيق هر كدام را مشخص كرد. امروزه بالاترين رزولوشن حدود ۱۰ نانومتر است، كه در حدود اندازه يك پروتئين يا مولكول است.
هم انديشي ها