كيمياء

الدوبامين


مجال الخبرة - الكيمياء الحيوية والصيدلة

ينتمي الدوبامين (2- (3،4-ثنائي هيدروكسي فينيل) إيثيل أمين ، هيدروكسي ترامين) إلى الكاتيكولامينات ويتكون من نزع الكربوكسيل من L-dopa ((س.) -3،4-ثنائي هيدروكسي فينيل ألانين) في النهايات العصبية الودية والغدد الكظرية. الدوبامين هو مقدمة للأدرينالين والنورأدرينالين ، فهو يشارك في التعامل مع الإجهاد ، في السلوك الجنسي الذكوري ، ولكن أيضًا في تطوير الإدمان أو الذهان. يعتبر انخفاض مستوى الدوبامين أو نقص مستقبلات الدوبامين في الدماغ هو السبب في يسبب مرض باركنسون ، بينما تلعب مستويات الدوبامين دورًا في تطور مرض انفصام الشخصية.

في الطب ، يستخدم الدوبامين ، من بين أمور أخرى ، لزيادة ضغط الدم الشرياني. ومع ذلك ، يستخدم L-dopa لعلاج مرض باركنسون ، حيث لا يمكن للدوبامين نفسه عبور الحاجز الدموي الدماغي.

أنظر أيضا: الأدرينالين ، النوربينفرين

وحدات التعلم التي يتم فيها التعامل مع المصطلح

مواد الرسول - مقدمة40 دقيقة

الكيمياء الحيويةنقل الإشارات والموادمواد الرسول

تقدم هذه الوحدة التعليمية موضوع مواد وهرمونات الرسول.

المكونات ذات التأثير النفساني في الشوكولاتة30 دقيقة.

الكيمياء الحيويةنقل الإشارات والموادناقل عصبي

هل الشوكولاتة إدمان؟ تستكشف وحدة التعلم التمهيدية هذه هذا السؤال ، وتقدم المكونات ذات التأثير النفسي في الشوكولاتة وتصف آثارها الأساسية على البشر. يتم استكمال الرحلة بمعلومات تاريخية وتقييم للأهمية الغذائية للشوكولاتة.

الهرمونات البشرية120 دقيقة

الكيمياء الحيويةنقل الإشارات والموادالهرمونات

ما هي الهرمونات وكيف وأين تتشكل وكيف تعمل في الكائن البشري؟ تقدم هذه الوحدة التعليمية أهم الهرمونات.

الناقلات العصبية40 دقيقة

الكيمياء الحيويةنقل الإشارات والموادناقل عصبي

ما هي النواقل العصبية وكيف يتم تنظيمها وكيف تعمل في الكائن البشري؟ مقدمة.


كيف يؤثر السيروتونين والدوبامين على جيناتنا

حمل.

قال أستاذي في علم الأحياء ديفيد لانج ذات مرة: "نصف ما تعلمته في الجامعة خاطئ". "المشكلة هي أننا لا نعرف أي نصف". كم كان على حق. عندما كنت أدرس ، على سبيل المثال ، اعتبرت نظرية جان بابتيست دي لامارك أن السمات المكتسبة من خلال تجربة الحياة يمكن أن تنتقل إلى الجيل التالي قد عفا عليها الزمن. المثال التقليدي السخيف هو مومياء الزرافة ، التي تمد رقبتها للحصول على الطعام في رؤوس الأشجار ، مما ينتج عنه صغار الزرافات بأعناق أطول. ولكن بعد ذلك اكتشف علماء الأحياء الوراثة اللاجينية. إنه في الواقع يتيح نقل آثار حياة الوالدين إلى نسلهم.

تزود العمليات اللاجينية الحمض النووي بالرسائل دون تغيير تسلسلها. عندما فتحت مجلة Science ذات مساء ، لاحظت شكلاً جديدًا لمثل هذا المؤشر: أطلق عليه مؤلفو الدراسة اسم "dopaminylation" (بالألمانية: dopaminylation). في المقالة ذات الصلة ، وصفوا كيف يمكن للناقل العصبي الدوبامين أن يخترق نواة الخلية ويتحكم في نشاط جينات معينة هناك.

تم تضمين هذا المقال في Spectrum & # 8211 الأسبوع 06/2021

أثناء قراءتي للورقة ، أدركت أنها قلبت فهمنا تمامًا للجينات وإدمان المخدرات رأساً على عقب: وفقًا لبيانات الدراسة ، يمكن أن تسبب التغيرات اللاجينية الرغبة الشديدة في تعاطي المخدرات مثل الكحول والكوكايين عن طريق تعطيل دوائر الإدمان في التأثير على الدماغ . ومن المثير للاهتمام أن النتائج تشير أيضًا إلى إجابة عن سبب استغراق العديد من مضادات الاكتئاب أسابيع حتى تعمل. لكن لكي أفهم هذا الاكتشاف المثير حقًا ، كان علي أولاً اكتساب بعض المعرفة الأساسية.

يعتبر السيروتونين والدوبامين من المواد المهمة في نقل الدماغ. تطلقها الخلايا العصبية في نقاط الاشتباك العصبي وتستخدمها للتحكم في المزاج والسلوك.

تظهر الدراسات الجديدة أن الجزيئات يمكنها أيضًا اختراق نواة الخلية والتأثير على نشاط جينات معينة.

في إدمان الكوكايين ، يبدو أن الدوبامين يعمل بطريقتين: باعتباره ناقلًا عصبيًا ، فإنه يسبب "النشوة" ، وتزيد العمليات الوراثية اللاجينية من التبعية.

المعلومات الجينية عبارة عن سلسلة من أربعة "أحرف" جزيئية مختلفة في الحمض النووي. إذا قمت بتدوير الحمض النووي لخلية بشرية واحدة ، فسيكون طولها حوالي مترين. في الواقع ، يشغل مساحة صغيرة جدًا لأنه ملفوف بإحكام في نواة الخلية على بكرات صغيرة مكونة من بروتينات تسمى الهيستونات - على غرار شريط مغناطيسي داخل شريط فيديو. على مدار الحياة ، يتم تشغيل وإيقاف الجينات الموجودة على هذا الشريط باستمرار. بهذه الطريقة ، يمكن للخلية إنتاج البروتينات التي تحتاجها في الوقت الحالي. يعمل هذا فقط إذا كان من الممكن الوصول إلى جزء الحمض النووي المقابل.

هذا هو المكان الذي تلعب فيه الوراثة اللاجينية: العلامات التي تلتصق بالهيستونات مثل الملاحظات الجزيئية تتحكم في التعليمات الجينية التي يمكن للخلية الوصول إليها. ترشد بعض هذه الملصقات بروتينات معينة لفصل الحمض النووي عن هيستون. يشير آخرون إلى أن هذه المنطقة قد أغلقت. وهذا يفسر سبب اختلاف الخلايا في أجسامنا تمامًا ، على الرغم من أن لديهم نفس المعلومات الجينية: إذا ظل شريط الحمض النووي ملفوفًا ، فلن تتمكن الماكينة الخلوية من قراءة المعلومات الموجودة عليها. على سبيل المثال ، في تطوير الخلايا العصبية ، تقوم الواسمات بإيقاف الجينات التي قد تؤدي إلى خلايا الدم الحمراء.

أحادية الأمين في دور غير عادي

علم التخلق هو موضوع رائع لا يزال الباحثون يتعلمون أشياء جديدة عنه. على سبيل المثال ، تلعب هذه الناقلات العصبية دورًا في عمليات الوراثة اللاجينية. المهمة الرئيسية للمواد المرسال هي في الواقع نقل الإشارات بين الخلايا العصبية. وهذا يمكننا من التفكير والتعلم وتجربة أمزجة مختلفة. إذا خرج نقل الإشارة عن السيطرة ، فقد تنشأ صعوبات معرفية أو أمراض عقلية.

تشمل الناقلات العصبية أحاديات الأمين السيروتونين والدوبامين. السابق يساعد على تنظيم الحالة المزاجية. غالبًا ما يصف الأطباء أدوية من مجموعة مثبطات امتصاص السيروتونين الانتقائية لمن يعانون من الاكتئاب. يقال إنها تزيد من مستويات السيروتونين في الدماغ ، وبالتالي تعزز التواصل في الدوائر العصبية التي تتحكم في المزاج والتحفيز والخوف والمكافأة. ومع ذلك ، يستغرق الأمر شهرًا أو أكثر حتى تعمل مضادات الاكتئاب هذه.

يتحكم الدوبامين بدوره في نظام المكافأة في الدماغ. ينقل جزيء الإشارة الشعور بالنشوة التي تبدأ عندما نحقق النجاح. تزيد جميع المواد المسببة للإدمان تقريبًا من مستويات الدوبامين في مناطق معينة من الدماغ. وهذا بدوره يزيد من الرغبة في الدواء.

كما تعلمت من قراءة دراسة "العلوم" ، اكتشف فريق بحثي بقيادة Ian Maze من كلية Icahn للطب في نيويورك وظيفة جديدة للسيروتونين في عام 2019: يمكن لجزيء الإشارة أن يكون بمثابة ملاحظة لاجينية بعد ذلك من خلال الارتباط إلى هيستون H3. ينشط الجينات التي تحول الخلايا الجذعية البشرية إلى الخلايا العصبية التي تطلق السيروتونين. من ناحية أخرى ، فإن الخلايا الجذعية ، التي لا تتلامس نواتها الخلوية مع المادة المرسال ، تشكل أنواعًا أخرى من الخلايا.

حمل.

ألهمت هذه النتيجة فريق Mze للتساؤل عما إذا كان الدوبامين يعمل بطريقة مماثلة - وما إذا كان الناقل العصبي يستخدم عمليات الوراثة اللاجينية لتنظيم الجينات المشاركة في إدمان المخدرات والانسحاب. في دراسة "العلوم" ، أظهر الباحثون أن نفس الإنزيم الذي يربط السيروتونين بـ H3 يمكنه أيضًا تحفيز ارتباط الدوبامين بـ H3. أطلق العلماء على عملية dopaminylation.

بالطبع ، شرع فريق Maze على الفور في البحث عن الوظيفة الجديدة. أولاً ، فحص أنسجة المخ من متعاطي الكوكايين المتوفين. في مجموعة من الخلايا العصبية التي تطلق الدوبامين في المنطقة البطنية tegmentalis (AVT) في الدماغ المتوسط ​​، وجد العلماء انخفاضًا في تفاعل الدوبامين في H3. تلعب منطقة الدماغ هذه دورًا مهمًا في الإدمان.

التدخل في نظام المكافآت

اختبر الباحثون على الفئران ما إذا كان استهلاك الكوكايين يؤثر بالفعل على الدوبامينيل H3 في تلك الخلايا العصبية. قاموا بفحص القوارض قبل وبعد حصولهم على الكوكايين لمدة عشرة أيام. تمامًا كما هو الحال في أدمغة المستخدمين من البشر ، انخفض تفاعل الدوبامينيل H3 في الخلايا العصبية AVT من الحيوانات التي تلقت العقار. بعد شهر واحد من الانسحاب ، ارتفع إلى مستويات أعلى من الحيوانات الضابطة التي لم تستخدم الكوكايين. قد تنظم زيادة ارتباط الدوبامين الجينات التي تتدخل في دائرة المكافأة في الدماغ وبالتالي تسبب الرغبة الشديدة في الدواء.

لاختبار هذه الأطروحة ، قام الباحثون بتعديل هستونات H3 وراثيًا في الفئران: لقد استبدلوا ذلك الجزء من البروتين الذي اقترن به الدوبامين بآخر لم يتفاعل معه. يؤثر انسحاب الكوكايين عادة على نشاط مئات الجينات. يتم إعادة توصيل الدوائر العصبية ، ويتم إنشاء أو قطع الوصلات المشبكية. في القوارض التي كانت خلاياها غير قادرة على الدوبامينيلات H3 ، كانت هذه العمليات أقل وضوحًا. بالإضافة إلى ذلك ، أطلقت الخلايا العصبية AVT أقل تواترًا وأطلقت كمية أقل من الدوبامين. لذا فقد أثر التطفل في الواقع على دائرة المكافأة. كما أظهرت الفئران المعدلة وراثيًا سلوكًا أقل إدمانًا بشكل ملحوظ في الاختبارات اللاحقة.

قد تكون مهتمًا أيضًا بـ: Brain & Mind 3/2021

ربما تمتد أهمية الاكتشاف إلى ما هو أبعد من الإدمان. أخبرني Maze أنه في أحدث التجارب التي لم تُنشر بعد ، وجد فريقه علامات فوق جينية من هذا النوع في أنسجة دماغ الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات اكتئابية كبيرة. قد يفسر الاتصال سبب استغراق مضادات الاكتئاب وقتًا طويلاً في العمل: إذا كانت الأدوية تعمل عن طريق تنشيط عملية الوراثة اللاجينية ، فقد يستغرق الأمر أيامًا أو أسابيع قبل حدوث التحسن. في المستقبل ، يريد Maze معرفة ما إذا كانت التغيرات اللاجينية تحدث أيضًا عند تناول العقاقير مثل الهيروين أو الكحول أو النيكوتين. بعد ذلك ، سيكون للمكونات النشطة التي تتدخل في عملية الوراثة اللاجينية القدرة على المساهمة في علاج أفضل للعديد من أنواع الإدمان والأمراض العقلية.

في تعليق على البحث ، أشار جان أنطوان جيرول من جامعة السوربون في باريس إلى إمكانية مثيرة أخرى. يتغير تركيز الكالسيوم داخل العصبون لحظيًا عندما ينطلق نبضة عصبية من خلال محوارها. وأشار جيرولت إلى أن الكالسيوم يؤثر على الإنزيم الذي يربط الدوبامين بـ H3. إذا كانت الخلايا العصبية تطلق النار بشكل متكرر نتيجة لتعاطي المخدرات ، فقد يؤدي ذلك إلى حدوث تفاعل متسلسل يزيد من الرغبة في الدواء عبر آليات الوراثة اللاجينية. بهذه الطريقة ، ستساعد أفعالنا في تحديد الجينات التي يتم اختيارها وأيها لا يتم اختياره. سيكون لامارك فخوراً.

© مجلة كوانتا
ترجمه وحرره "Brain & Spirit" لمقال "الأسرار اللاجينية وراء الدوبامين وإدمان المخدرات والاكتئاب" من "Quanta Magazine" ، وهي مجلة مستقلة عن محتوى مؤسسة Simons ، تهدف إلى نشر نتائج البحوث من الرياضيات و العلوم الطبيعية.


الدوبامين والإجهاد التأكسدي وتعديلات البروتين كينون في مرض باركنسون وأمراض التنكس العصبي الأخرى

تعديل الدوبامين البروتينات هي عملية شائعة بعد الترجمة في الدماغ. بالإضافة إلى الدوبامين ، يشارك أيضًا عدد من مستقلبات الدوبامين المؤكسدة. في حالة المرض ، يزيد الإجهاد التأكسدي من أكسدة الدوبامين ، وبالتالي يصبح عملية سامة. يمكن تتبع التهاب الأعصاب المزمن وفقدان الخلايا العصبية الدوبامين ، كما هو الحال في مرض باركنسون ، باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي على أساس إزالة التصبغ المصاحب لانهيار الميلانين العصبي.

الملخص

الدوبامين (DA) هو الكاتيكولامين الأكثر أهمية والأكثر وفرة في الدماغ وهو أيضًا مقدمة للناقلات العصبية الأخرى. إن تنكس الخلايا العصبية في nigrostriatum (المادة السوداء ، pars Compacta) في مرضى باركنسون هو الرابط الأفضل دراسة بين النقل العصبي وعلم الأمراض العصبية من خلال DA. الكاتيكولامينات هي جزيئات تفاعلية توجد لها أنظمة تحكم ونقل معقدة. في ظل الظروف العادية ، يتم تحويل كميات صغيرة من الدوبامين العصاري الخلوي تدريجياً إلى نيوروميلانين مع صبغة الببتيدات والبروتينات. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي الإفراط في تناول DA العصاري الخلوي أو خارج العصب إلى إحداث تعديلات غير انتقائية في البروتين. تعتمد أكسدة DA الناتجة عن مركبات الكينون على وجود أيونات معدنية انتقالية نشطة الأكسدة والاختزال مثل الحديد والنحاس. من المحتمل أيضًا أن تشارك مستقلبات DA المؤكسدة الأخرى في تعديلات البروتين اللاحقة للترجمة. لذلك فإن تعديل بروتين كينون هو عملية غير متجانسة مع مشتقات DA المختلفة التي تسبب تغيرات هيكلية وتشكيلية في البروتينات مما قد يؤدي إلى تجميع البروتينات المعدلة وتعطيلها.