نبيب مستعرض

يُنتجُ شكل نظام النُبيبات المُستعرضة ويُحافَظُ عليه عبر مجموعةٍ متنوعةٍ من البروتينات. يُشفر بروتين أمفيفيسين-2 بواسطة جين BIN1، وهو مسؤولٌ عن تشكيل هيكل النُبيب المُستعرض والتأكد من أنَّ البروتينات المناسبة (خاصة قنوات الكالسيوم من نوع L) تقع داخل غشاء النُبيب المُستعرض.[12] يُشفر بروتين جنكتوفيلين-2 بواسطة جين JPH2، حيثُ يُساعد على تكوين تقاطعٍ بين غشاء النُبيب المُستعرض والشبكة الهيولية العضلية، وهذا الأمر مهمٌ لتقارن الاستثارة والتقلص.[3] يُشفر بروتين تيليثونين بواسطة جين TCAP، والذي يُساعد على تطور النُبيبات المُستعرضة ويحتمل أن يكون مسؤولًا عن زيادة عدد النُبيبات المُستعرضة التي تُرى مع نمو العضلات.[3]

مُخططٌ يُظهر البروتينات الرئيسية المُساهمة في تقارن الاستثارة والتقلص ودورة الكالسيوم في القلب

تُعتبر النُبيبات المُستعرضة رابطًا مهمًا في السلسلة التي تبدأ بالاستثارة الكهربائية للخلية وتنتهي بالتقلص الناتج عنه (تقارن الاستثارة والتقلص⁽³⁾). عند الحاجة إلى تقلص العضلة، يسبِّب تنبيهٌ أو استثارةٌ من عصبٍ أو خليةٍ مجاورةٍ تدفقًا مميزًا لجسيماتٍ مشحونةٍ عبر غشاء الخلية فيما يُسمى بجهد الفعل. عند استرخاء العضلة، توجد جزيئات مشحونة قليلة على الجانب الداخلي للغشاء مقارنةً بالجانب الخارجي، ويوصف الغشاء بأنه مُستقطبٌ. أثناء جهد الفعل، تتدفق الجزيئات الموجبة الشحنة (في الغالب أيونات الصوديوم والكالسيوم) عبر الغشاء من الخارج إلى الداخل، وهذا يعكس عدم التوازن الطبيعي للجزيئات المشحونة ويُشار إليه بإزالة الاستقطاب. بعدها تزيل منطقة من الغشاء استقطاب المناطق المجاورة وهكذا تنتشر موجة إزالة الاستقطاب الناتجة على طول غشاء الخلية.[13] يُستعاد استقطاب الغشاء مع تدفق أيونات البوتاسيوم بدورها عبر الغشاء من داخل الخلية إلى خارجها.

في الخلايا العضلية القلبية، يقوم جهد الفعل عند مروره أسفل النُبيب المُستعرض بتنشيط النوع L من قنوات الكالسيوم في غشاء النبيب، مما يسمحُ للكالسيوم بالمرور إلى الخلية. تحتوي النُبيبات المُستعرضة على تراكيزٍ كبيرةٍ من قنوات الكالسيوم من النوع L، وذلك أكثر من أي منطقة في غشاء الليف العضلي، وعليه فإنَّ معظم الكالسيوم الذي يدخل إلى الخلية يكون عبر هذه النُبيبات المُستعرضة.[14] يرتبط هذا الكالسيوم بمستقبل يُعرف باسم مستقبل الريانودين وينشطه، ويتواجد هذا المستقبل على مخزن الكالسيوم الداخلي في الخلية نفسها والذي يُعرف بالشبكة الهيولية العضلية. يُسبِّب تنشيط مستقبل الريانودين انطلاق الكالسيوم من الشبكة الهيولية العضلية وإحداث تقلص العضلة.[15] في الخلايا العضلية الهيلكية، ترتبط قنوات الكالسيوم L مباشرةً مع مستقبل الريانودين المتواجد على الشبكة الهيولية العضلية وهذا يسمح بتنشيط مستقبل الريانودين مباشرةً دون الحاجة إلى تدفق الكالسيوم للداخل.[16]

لا تقتصرُ أهمية النُبيبات المُستعرضة على وجود تراكيزٍ عاليةٍ من النوع L من قنوات الكالسيوم، بل تمتلكُ القدرة أيضًا على مزامنة تحرير الكالسيوم داخل الخلية. يؤدي الانتشار السريع لجهد الفعل على طول شبكة النُبيب المستعرض إلى تنشيط جميع قنوات الكالسيوم من النوع L بشكل شبه لحظي. ولأن النُبيبات المُستعرضة تُقرِّب غشاء الليف العضلي كثيرًا من الشبكة الهيولية العضلية في جميع مناطق الخلية، يمكن إفراز الكالسيوم من الشبكة الهيولية العضلية على طول الخلية في نفس الوقت. وتسمح مزامنة تحرير الكالسيوم هذهِ للخلايا العضلية بالتقلص بقوةٍ أكثر.[17] في الخلايا التي تنعدم فيها النُبيبات المُستعرضة مثل العضلات الملساء أو الخلايا العضلية القلبية المريضة أو الخلايا العضلية التي أزيلت فيها النُبيبات المُستعرضة اصطناعيًا، يجب على الكالسيوم الذي يدخل من غشاء الليف العضلي الانتشار تدريجيًا عبر الخلية، وعليه يقوم بتنشيط مستقبلات الريانودين بشكل أبطء بكثير وتؤدي موجة الكالسيوم الناتجة إلى تقلصٍ أقلَ قوة.[17]

بما أن النُبيبات المُستعرضة المنطقة الأساسية لتقارن الاستثارة والتقلص، فإن القنوات الأيونية والبروتينات التي لها دورٌ في هذه العملية تتركَّزُ فيها، فتكون أعداد قنوات الكالسيوم من النوع L المتواجدة على النُبيبات المُستعرضة ثلاث أضعاف أعدادها في أي مكانٍ آخر على غشاء الليف العضلي. علاوةً على هذا، فإنَّ المستقبلات الأدرينالية بيتا متركزةٌ بشدةٍ كذلك على غشاء النُبيبات المُستعرضة[18] وتنبيهها يزيد إطلاق الكالسيوم من الشبكة الهيولية العضلية.[19]

بما أن الحيز داخل تجويف النُبيب المُستعرض امتدادًا للحيز الذي يُحيط بالخلية (الحيز خارج الخلية)، فإن تراكيز الأيونات بين هذين الحيزين متشابهةٌ جدًا. على الرغم من ذلك، وبسبب أهمية الأيونات داخل النُبيبات المُستعرضة (خصوصًا الكالسيوم في العضلة القلبية)، فإنهُ من الضروري جدًا أن تبقى هذه التراكيز ثابتةً نسبيًا. لأنَّ النُبيبات المُستعرضة رقيقةٌ جدًا فإنها تحتجز الأيونات بداخلها، وبغض النظر عن تراكيز الأيونات في أي منطقةٍ أُخرى في الخلية فإنَّ هذا الأمر يُعتبر هامًا لأنَّ النُبيبات المُستعرضة تحتوي على ما يكفي من أيونات الكالسيوم للسماح بتقلص العضلة. لذلك حتى لو انخفض تركيز الكالسيوم خارج الخلية (نقص كالسيوم الدم) فإنَّ تركيز الكالسيوم داخل النُبيب المُستعرض يبقى ثابتًا نسبيًا، مما يسمحُ باستمرار انقباض العضلات القلبية.[3]

تُعتبر النُبيبات المُستعرضة موقع دخول الكالسيوم إلى الخلية وهي كذلك موقع خروجه منها، وهذا مهمٌ لأنه يعني أن مستويات الكالسيوم داخل الخلية يمكن أن تُضبط بإحكام في منطقةٍ صغيرة (بين النُبيب المُستعرض والشبكة الهيولية العضلية، فيما يُعرف باسم التحكم المحلي أو المباشر).[20] تتواجد بروتينات مثل: مبادل الصوديوم-الكالسيوم وأتِباز غشاء الليف العضلي على غشاء النُبيب المُستعرض.[3] يزيل مبادل الصوديوم-الكالسيوم سلبيًا أيون كالسيوم واحد مُقابل ثلاث أيونات صوديوم، ولكونها عمليةٌ سلبية فإن بإمكانها السماح بتدفق الكالسيوم داخل أو خارج الخلية، وذلك حسب تركيبة التراكيز النسبية لهذين الأيونين والفولتية عبر جانبي غشاء الخلية (تدرج كهركيميائي).[13] يزيل أتباز الكالسيومِ الكالسيومَ من الخلية بشكلٍ نشط، باستخدام الطاقة الناتجة عن الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).[13]

في سبيل دراسة وظيفة النُبيبات المُستعرضة، يمكن اصطناعيًا فكُ اقتران النبيبات عن الغشاء السطحي باستخدام تقنيةٍ تُسمى "إزالة التنبيب". يمكن إضافة مركباتٍ كيميائية مثل الغليسرول[21] (للعضلة الهيكلية) أو الفورماميد[17] (للعضلة القلبية) إلى المحلول الخارجي الذي يُحيط بالخلايا. تزيد هذه العوامل من التركيز الأسموزي الخاص بالمحلول خارج الخلية مسببةً انكماش الخلايا. حين إزالة هذه العوامل، تتسع الخلايا بشكلٍ سريع وتعود إلى حجمها الطبيعي. يسبب انكماش وإعادة توسع الخلايا انفصال النُبيبات المُستعرضة عن الغشاء السطحي.[22] بطريقة أخرى، يمكن تخفيض التركيز الأسموزي الخاص بالمحلول خارج الخلية باستخدام محلولٍ ملحي قليل الأسموزية، مما يُسبب انتفاخًا عابرًا للخلية. تسمح إعادة تركيز المحلول خارج الخلية إلى التركيز الأسموزي الطبيعي لعودة الخلايا إلى حجمها السابق، وهذا يؤدي إلى إزالة التنبيب.[23]

• بوابة تشريح
• بوابة علم الأحياء الخلوي والجزيئي