Alienum phaedrum torquatos nec eu, vis detraxit periculis ex, nihil expetendis in mei. Mei an pericula euripidis, hinc partem.
 

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบโครงสร้าง “นาโนทิวบ์” ช่องทางขนส่งสารระหว่างเซลล์สัตว์

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบโครงสร้าง “นาโนทิวบ์” ช่องทางขนส่งสารระหว่างเซลล์สัตว์

ลองนึกภาพวงออเคสตราขนาดใหญ่อันประกอบไปด้วยนักดนตรีกว่าร้อยชีวิตที่ต่างคนต่างร่วมบรรเลงโน้ตเพลงของตัวเองออกมาสอดประสานกันอย่างลงตัว

สิ่งเหล่านี้จะเกิดขึ้นได้เมื่อสมาชิกในวงรู้หน้าที่ของตัวเอง

ในทำนองเดียวกัน เซลล์แต่ละเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มีร่างกายซับซ้อนจะต้องประสานการทำงานให้เป็นไปในทิศทางเดียวกันให้ได้เช่นกัน

สำหรับพืช นักพฤกษศาสตร์รู้จัก “พลาสโมเดสมาทา” (plasmodesmata)ซึ่งเป็นรูตามผนังเซลล์ที่จะคอยเชื่อมเซลล์พืชสองเซลล์เข้าด้วยกันมานานแล้ว ส่วนในสัตว์นั้นกระบวนการดังกล่าวยังไม่เป็นที่รู้จักมากนัก

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากหน่วยวิจัยการขนส่งเยื่อหุ้มและกระบวนการก่อโรคสถาบันปาสเตอร์ประเทศฝรั่งเศส (Membrane Trafficking and Pathogenesis Unit, Instut Pasteur) ได้ศึกษาระบบเชื่อมต่อสื่อสารกันระหว่างเซลล์สัตว์มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 2016  ซาอิดา อาบูนี (Saïda Abounit) และคณะได้พบว่าก้อนโปรตีนอัลฟา-ซินนิวคลีอิน (alpha-synuclein) ซึ่งเป็นต้นตอของโรคพาร์กินสันสามารถเดินทางจากเซลล์ประสาทหนึ่งไปสู่อีกเซลล์หนึ่งผ่านทางเชื่อมระหว่างเซลล์ที่เล็กจิ๋วในระดับนาโนเมตรได้ ทีมวิจัยเรียกโครงสร้างนี้ว่าอุโมงค์นาโนทิวบ์ (“tunneling nanotubes” เรียกย่อๆว่า TNTs) นอกจากนี้ยังยืนยันว่ามีการขนส่งโปรตีนพริออนซึ่งเป็นตัวการก่อโรคสมองฝ่อชนิดติดต่อได้ผ่านนาโนทิวบ์อีกด้วย

ล่าสุด โครงสร้างของนาโนทิวบ์เพิ่งจะได้รับการค้นพบไม่นานนี้ โดยคณะนักวิจัยนำโดยอันนา ซาร์โตริ-รัปป์ (Anna Sartori Rupp) ได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยผ่านวารสาร Nature Communications เมื่อปลายเดือนมกราคม ค.ศ. 2019 ที่ผ่านมา

ความยากคือ โครงสร้างของนาโนทิวบ์ที่บอบบางทำให้มันสลายตัวลงไปในขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างสำหรับการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์ ต้องขอบคุณเทคโนโลยีทางการฉายภาพอันล้ำหน้าที่นักวิทยาศาสตร์นำมาใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเย็นยิ่งยวด (cryo-EM) ซึ่งใช้อีเทน (ethane) เหลวอุณหภูมิราว -80 องศาเซลเซียสรักษาสภาพของเซลล์เอาไว้ก่อนที่จะนำไปศึกษาโครงสร้างสามมิติของนาโนทิวบ์

คณะนักวิจัยพบว่านาโนทิวบ์เกิดจากเส้นใยโปรตีนจำพวกแอกทิน (actin) มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 109 นาโนเมตร ปลายทั้งสองด้านเปิดออกสู่เซลล์ที่เชื่อมกันอยู่ ภายในท่อพบถุงบรรจุสารของเซลล์ (vesicle) รวมถึงองค์ประกอบของเซลล์อย่างไมโทคอนเดรีย (mitochondria) ที่เป็นตัวสร้างพลังงานด้วย

การค้นพบนี้ท้าทายแนวคิดดั้งเดิมเกี่ยวกับ “เซลล์” เป็นอย่างมาก

แม้เซลล์สัตว์จะอาศัยโปรตีนจำนวนมากเชื่อมเซลล์เข้าด้วยกันจนเป็นเนื้อเยื่อและส่งสารเคมีไปมาหาสู่กันได้ดี แต่สารเคมีดังกล่าวจะต้องหลุดออกมาจากเซลล์หนึ่งแล้วเดินทางเข้าสู่อีกเซลล์หนึ่งคล้ายกับการแพ็กของเพื่อส่งพัสดุ แต่อุโมงค์นาโนทิวบ์นั้นจะเชื่อมของเหลวที่อยู่ภายในเซลล์เข้าด้วยกันโดยตรงทำให้สารเคมีไหลเชื่อมต่อกันรวมถึงอาจจะแลกเปลี่ยนองค์ประกอบอื่นๆภายในเซลล์ได้

เซลล์สัตว์บางประเภทจึงไม่สามารถนับว่าเป็นเซลล์เดี่ยวๆได้อีกต่อไป

เทคนิคที่ทีมวิจัยนี้ใช้เพื่อศึกษาโครงสร้างของอุโมงค์นาโนทิวบ์จะเป็นต้นแบบให้กับทีมนักวิทยาศาสตร์อื่นๆทั่วโลกเพื่อร่วมกันศึกษาสรีรวิทยา รวมถึงกลไกการก่อโรคในอนาคตไม่ว่าจะเป็นการแพร่กระจายของไวรัส แบคทีเรีย องค์ประกอบอื่นๆของเซลล์ รวมถึงโปรตีนที่มีรูปร่างผิดปกติก่อนที่จะนำไปสู่การรักษาและป้องกันโรคต่อไปในอนาคต

บทความโดย  อาจวรงค์  จันทมาศ

อ้างอิง

https://www.pasteur.fr/en/research-journal/news/tunneling-nanotubes-between-neurons-enable-spread-parkinson-s-disease-lysosomes

https://www.pasteur.fr/en/research-journal/news/when-structure-tunneling-nanotubes-tnts-challenges-very-concept-cell

https://www.nature.com/articles/s41467-018-08178-7

Date

มีนาคม 25, 2019

Category

STEM NEWS