مشبك شريطي

يبلغ سمك المشبك الشريطي للخلايا المستقبلة  للضوء حوالي 30 نانومترًا. ويمتد داخل السيتوبلازم لمسافة تتراوح بين 200 و1000  نانومتر، ويرتبط على طول قاعدته بالكثافة المقوسة، وهي بنية كثيفة الإلكترونات مرتبطة بالغشاء قبل المشبكي. تقع الكثافة المقوسة داخل الحافة المشبكية، وهي نتوء صغير من الغشاء قبل المشبكي. تفتقر الخلايا الشعرية إلى الكثافة المقوسة، لذا يُعتبر ارتباط هذا الشريط غير مرئي بالمجهر الإلكتروني. ^{[ 11 ]} يحتوي سطح الشريط على جزيئات صغيرة يبلغ  عرضها حوالي 5 نانومترات، حيث ترتبط الحويصلات المشبكية بكثافة عبر خيوط بروتينية دقيقة . يوجد العديد من الخيوط لكل حويصلة. كما توجد قنوات كالسيوم من النوع L ذات بوابات جهدية على مواقع ارتباط المشبك الشريطي، والتي تحفز إطلاق الناقلات العصبية. على وجه التحديد، تحتوي المشابك الشريطية على عضيات متخصصة تسمى الأشرطة المشبكية، وهي هياكل كبيرة قبل مشبكية مرتبطة بالمنطقة النشطة . يُعتقد أنها تُحسّن دورة الحويصلات المشبكية. ^{[ 8 ]} تقع الأشرطة المشبكية على مقربة من الحويصلات المشبكية، والتي بدورها تقع بالقرب من موقع إطلاق الناقل العصبي قبل المشبكي عبر الشريط. ^{[ 12 ]}

تختلف البنى بعد المشبكية بين خلايا القوقعة والخلايا المستقبلة للضوء. تستطيع الخلايا الشعرية نقل جهد فعل واحد مقابل إطلاق حويصلة واحدة. يكفي إطلاق حويصلة واحدة من الخلية الشعرية قبل المشبكية إلى الزر بعد المشبكي لتوليد جهد فعل في الخلايا السمعية الواردة . ^{[ 13 ]} تسمح الخلايا المستقبلة للضوء بإطلاق حويصلة واحدة لنقل العديد من جهود الفعل. تحتوي نهاية العصوية والمشبك الشريطي المخروطي للخلايا المستقبلة للضوء على أشواك مشبكية أفقية تُعبر عن مستقبلات AMPA ، بالإضافة إلى تفرعات شجيرية ثنائية القطب تُظهر مستقبلات mGluR6 . ^{[ 11 ]} تسمح هذه البنى بربط جزيئات متعددة من الغلوتامات، مما يُتيح نقل العديد من جهود الفعل.

يختلف التركيب الجزيئي بين المشبك العصبي التقليدي والمشبك الشريطي اختلافًا كبيرًا. ويُعدّ مُركّب SNARE جوهر آلية إفراز الحويصلات المشبكية في المشابك العصبية للفقاريات . ويتألف مُركّب SNARE ذو الوظيفة الدنيا من سينتاكسين 1 ، و VAMP 1 و 2 ، و SNAP-25 . ^{[ 14 ]} في المقابل، لم يؤثر الاستئصال الجيني أو استخدام البوتولينوم ، الذي يستهدف SNAP-25، وسينتاكسين 1-3، وVAMP 1-3، على إفراز الحويصلات في المشبك الشريطي للخلايا الشعرية الداخلية في الفئران. ^{[ 15 ]} إضافةً إلى ذلك، لم تُلاحظ أي بروتينات SNARE عصبية في الخلايا الشعرية باستخدام التلوين المناعي ، ^{[ 15 ]} مما يُشير إلى احتمال وجود آلية إفراز مختلفة. مع ذلك، وجدت عدة دراسات أن الحمض النووي الريبوزي المرسال (mRNA) والبروتين الخاص ببروتينات SNARE يُعبَّر عنهما في الخلايا الشعرية، ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} مما قد يشير إلى وجود مُركَّب SNARE عصبي في المشبك الشريطي موجود بمستويات منخفضة وبمكونات زائدة للغاية. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

وُجد أن العديد من بروتينات الشريط المشبكي مرتبطة أيضًا بالمشابك التقليدية. يُعدّ RIM ( بروتينات متفاعلة مع Rab 3) إنزيم GTPase يُعبَّر عنه على الحويصلات المشبكية، وهو مهم في تحضيرها. ^{[ 12 ]} كشف التلوين المناعي عن وجود KIF3A ، وهو أحد مكونات مُركَّب الكينيسين II الحركي، الذي لا تزال وظيفته غير معروفة. ^{[ 21 ]} يُعبَّر عن بروتينات المصفوفة الخلوية قبل المشبكية، Bassoon و Piccolo، في أشرطة الخلايا المستقبلة للضوء، لكن Piccolo يُعبَّر عنه فقط في أشرطة المشابك ثنائية القطب في الشبكية. Bassoon مسؤول عن الارتباط بقاعدة أشرطة المشابك، وبالتالي تثبيتها. وظيفة Piccolo غير معروفة. ^{[ 11 ]} من المهم أيضًا الخيوط التي تربط الحويصلات بالمشبك الشريطي، والتي تُطلق أثناء معدلات الإخراج الخلوي العالية. ^{[ 11 ]} البروتين الفريد الوحيد المرتبط بالشريط المشبكي هو RIBEYE، الذي تم التعرف عليه لأول مرة في شريط مشبكي مُنقّى من شبكية عين الأبقار. ^{[ 22 ]} يُشفّر RIBEYE في جينومات الفقاريات كنسخة بديلة من جين CtBP2 . ^{[ 12 ]} خلال نمو شبكية عين الدجاج والإنسان، يُعبّر عن RIBEYE في الخلايا العصبية الشبكية المستقبلة للضوء والخلايا ثنائية القطب. ^{[ 23 ]} وُجد أنه جزء من جميع الأشرطة المشبكية في الفقاريات في المشابك الشريطية، وهو الجزء المركزي منها. ^{[ 12 ]} تُعد تفاعلات RIBEYE ضرورية لتكوين بروتين داعم للشريط المشبكي. ^{[ 12 ]}

أُجريت أبحاثٌ كثيرةٌ حول بروتين باسّون، وهو بروتين هيكلي متعدد المجالات يُعبَّر عنه عالميًا في المشابك العصبية في الجهاز العصبي المركزي. ^{[ 24 ]} وقد أظهرت الدراسات أن الطفرات في جين باسّون تؤدي إلى انخفاض في النقل المشبكي. ومع ذلك، فإن الآليات الكامنة وراء هذه الظاهرة غير مفهومة تمامًا، ويجري البحث فيها حاليًا. لوحظ أنه في شبكية فئران طافرة في جين باسّون، لا ترتبط المشابك الشريطية للخلايا المستقبلة للضوء بالمناطق النشطة قبل المشبكية أثناء تكوين هذه المشابك. إذ لوحظ أنها تطفو بحرية في سيتوبلازم نهايات الخلايا المستقبلة للضوء. ^{[ 24 ]} وقد أدت هذه الملاحظات إلى استنتاج مفاده أن باسّون يلعب دورًا حاسمًا في تكوين المشبك الشريطي للخلايا المستقبلة للضوء.

تبعًا لنشاطها، قد تحتوي المشابك الشريطية على أشرطة متشابكة متفاوتة الحجم. ففي مشابك مستقبلات الضوء لدى الفئران، عندما يكون معدل إطلاق الناقل العصبي مرتفعًا ومعدل الإخراج الخلوي مرتفعًا، تكون الأشرطة المتشابكة طويلة. أما عندما يكون معدل إطلاق الناقل العصبي منخفضًا ومعدل الإخراج الخلوي منخفضًا، فتكون الأشرطة المتشابكة قصيرة. ^{[ 12 ]} وتفترض إحدى الفرضيات الحالية أن الأشرطة المتشابكة يمكن أن تكبر بإضافة المزيد من وحدات RIBEYE الفرعية. ^{[ 25 ]}

أثناء الإخراج الخلوي في المشبك الشريطي ثنائي القطب، تُلاحظ الحويصلات وهي تتوقف مؤقتًا عند الغشاء، ثم عند فتح قنوات الكالسيوم ، تُطلق محتوياتها بسرعة في غضون أجزاء من الثانية . وكما هو الحال في معظم عمليات الإخراج الخلوي، يُنظم الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ إطلاق الحويصلات من الغشاء قبل المشبكي. وتختلف أنواع المشابك الشريطية في اعتمادها على إطلاق الكالسيوم ^. إذ تُظهر المشابك الشريطية للخلايا الشعرية اعتمادًا كبيرًا على تركيز الكالسيوم ^، [ ^{26 ] بينما} يكون اعتماد المشابك المستقبلة للضوء على الكالسيوم أقل حدة، ^ويتم تحفيزها بمستويات أقل بكثير من الكالسيوم الحر ^. [ ^{27 ] ويُظهر} المشبك الشريطي للخلايا الشعرية نشاطًا تلقائيًا في غياب المحفزات، في ظل ظروف جهد غشاء ثابت للخلايا الشعرية. ^{[ 28 ]} وقد أظهر تثبيت الجهد عند الزر المشبكي بعد المشبكي أن هذا الزر يشهد نطاقًا واسعًا من سعات تيار ما بعد المشبكي الاستثاري . ^{[ 4 ]} يتسم توزيع سعة التيار الحالي بانحراف موجب ، مع نطاق من السعات الأكبر لكل من الإطلاق التلقائي والإطلاق المُحفَّز. كان يُعتقد أن هذا التوزيع لا يُمكن تفسيره بإطلاق حويصلة واحدة، ولذا اقتُرحت سيناريوهات أخرى للإطلاق: الإطلاق المنسق متعدد الحويصلات ، ^{[ 4 ] [ 29 ]} أو الإطلاق السريع ، أو اندماج الحويصلات قبل الإخراج الخلوي. ^{[ 30 ]} ومع ذلك، فقد اقتُرح مؤخرًا أن الإطلاق أحادي الكمية مع تذبذب مسام الاندماج هو التفسير الأكثر منطقية لتوزيع التيار المُكتشف. ^{[ 7 ]} في الواقع، يتوزع توزيع شحنة التيارات توزيعًا طبيعيًا ، مما يدعم سيناريو الإطلاق أحادي الكمية. وقد ثبت أن انحراف توزيع سعة التيار يُفسَّر جيدًا باختلاف المسارات الزمنية لإطلاق الناقل العصبي من حويصلة واحدة ذات مسام اندماج متذبذبة.

تستطيع المنطقة النشطة للخلايا ثنائية القطب في المشبك الشريطي إطلاق الناقل العصبي بشكل مستمر لمئات المللي ثوانٍ أثناء التحفيز القوي. ويحدث هذا الإطلاق في مرحلتين حركيتين متميزتين: مرحلة صغيرة سريعة، حيث يُطلق حوالي 20% من إجمالي الناقل العصبي في حوالي 1 ملي ثانية، ومرحلة كبيرة مستدامة، حيث تُطلق المكونات المتبقية على مدى مئات المللي ثوانٍ. ويشير وجود تطابق بين مجموعة الحويصلات المرتبطة ومجموعة الإطلاق المستدام في الخلايا العصوية وثنائية القطب في المشبك الشريطي إلى أن الشريط قد يعمل كمنصة تُهيأ فيها الحويصلات للسماح بالإطلاق المستدام للناقل العصبي. هذا الحجم الكبير للمكون المستدام هو ما يميز المناطق النشطة في المشبك الشريطي عن تلك الموجودة في الخلايا العصبية التقليدية، حيث يكون الإطلاق المستدام صغيرًا نسبيًا. وبمجرد استنفاد الحويصلات قبل المشبكية، تحتاج مجموعة الإطلاق في الخلية ثنائية القطب إلى عدة ثوانٍ لإعادة التعبئة بمساعدة تحلل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) . ^{[ 11 ]}

يُعدّ معدل الإدخال الخلوي المرتفع ضروريًا لموازنة معدل الإخراج الخلوي المرتفع أثناء إطلاق الناقلات العصبية المستمر في المشابك الشريطية. يجب إعادة تدوير الحويصلات المشبكية لاستمرار عملية النقل. تُعاد تدوير هذه الحويصلات مباشرةً، وبفضل حركتها، تُجدد بسرعة الناقلات العصبية اللازمة لاستمرار الإطلاق. في الخلايا المخروطية المستقبلة للضوء، يُعاد تدوير الغشاء المندمج إلى الحويصلة المشبكية دون تجمعه في الجسيمات الداخلية . تعتمد الخلايا ثنائية القطب على آلية مختلفة، حيث يتم امتصاص جزء كبير من الغشاء وتكوين الحويصلات المشبكية. هذه الآلية محفوظة أيضًا في الخلايا الشعرية. ^{[ 11 ]}

أظهرت الأبحاث أن التعبير غير الطبيعي عن الأوتوفرلين ، وهو بروتين مرتبط بالمشابك الشريطية، يُضعف إخراج الحويصلات المرتبطة بالشريط في الخلايا الشعرية الداخلية السمعية. يُظهر الأوتوفرلين خصائص وظيفية مشابهة للسينابتوتاغمين ، وهو بروتين مرتبط بالمشابك مهم لتنظيم الإخراج الخلوي في العديد من المشابك الأخرى (مثل تلك الموجودة في الجهاز العصبي المركزي ). وقد تبين أن ضعف السمع لدى الفئران مرتبط باضطراب التعبير عن الأوتوفرلين. ^{[ 31 ]}

في دراساتٍ حول الترميز الجيني لشبكية العين في فئران المختبر، تبيّن أن العديد من الوحدات الفرعية المساعدة لقنوات الكالسيوم من النوع L ذات البوابات الفولتية والمرتبطة بالمشابك الشريطية المتحولة، ترتبط بخلل في نشاط الخلايا العصوية والمخروطية ونقل المعلومات. ^{[ 32 ]} كما تبيّن أن الفئران تعاني من انخفاض ملحوظ في الرؤية الليلية ، وأظهرت أبحاث أخرى أن اضطراب توازن الكالسيوم قد يكون له دورٌ هام في تدهور وموت الخلايا العصوية المستقبلة للضوء. ^{[ 32 ]}

تتشابه معظم المعلومات الوراثية المرتبطة بالبروتينات الملاحظة في فئران المختبر مع تلك الموجودة لدى البشر. يُلاحظ بروتين الأوتوفرلين ظاهريًا في الخلايا الشعرية الداخلية للأذن البشرية، وقد رُبط التعبير غير الطبيعي عنه بالصمم. في البشر، أظهرت زراعة القوقعة قدرتها على الحد من الآثار المُنهكة للتعبير غير الطبيعي عن الأوتوفرلين من خلال تجاوز المشبك العصبي المرتبط بالخلايا الشعرية الداخلية للأذن. يُحفظ الشفرة الوراثية للوحدات الفرعية الشبكية المرتبطة بضعف الرؤية الليلية وتدهور مستقبلات الضوء العصوية بنسبة 93% تقريبًا بين الفئران والبشر. ^{[ 31 ]} قد يُسهم إجراء المزيد من الأبحاث حول الخلل الوظيفي لهذه الآليات في فتح آفاق جديدة لتقنيات علاجية لتخفيف ضعف السمع والبصر.

أظهرت العديد من الدراسات الحديثة أن طفرات فقدان الوظيفة في البروتينات قبل المشبكية للخلايا المستقبلة للضوء في المشبك الشريطي قد تُسبب العمى الليلي الخلقي الثابت المرتبط بالكروموسوم X (CSNB) من خلال طفرات في جين CACNA1F، الذي يُشفّر الوحدة الفرعية αF1 لقناة الكالسيوم من النوع L، Ca _v 1.4 . ^{[ 24 ]} يُعبّر عن هذا الجين في المنطقة النشطة للمشابك الشريطية للخلايا المستقبلة للضوء. وتتميز الطفرة بانخفاض ملحوظ في الرؤية الليلية واضطراب متغير في الرؤية النهارية. كما لوحظ أن الطفرات في CACNA1F وCa _v 1.4 تتواجد أيضًا مع CaBP4، وهو بروتين رابط للكالسيوم خاص بالخلايا المستقبلة للضوء. ^{[ 24 ]} يُعتقد أن CaBP4 يُعدّل نشاط قناة Ca _v 1.4، كما يُعتقد أنه مرتبط بالتكوين السليم والحفاظ على المشابك الشريطية للخلايا المستقبلة للضوء. على الرغم من عدم نشر أي دليل، إلا أن العلاقة بين CaBP4 و Ca _v 1.4 هي مجال بحث مستمر.