גידול איברים בדרכו של דג הזברה

הבנת המנגנון המתאם גידול מחדש של מבנה מורכב כמו סנפיר בקרב תאי הדג עשוי לסייע למדענים להבין את תהליך הרגנרציה באופן כללי, ובכך לספק רמזים שיעזרו בפיתוח שיטות ריפוי קליניות כמו למשל חידוש רקמת תאי שריר הלב לאחר אירוע לבבי

 סנפיר הזנב של דג הזברה יום אחד לאחר קטיעתו (צד שמאל) ולאחר 10 ימים מהקטיעה (צד ימין)- סנפיר הזנב עבר רגנרציה וגדל מחדש.

סנפיר זנב שאבד עלול להאט מאד את דג הזברה- לפחות למשך שבוע, עד שהוא מגדל לעצמו סנפיר חדש. כעת הראו מדענים שהם יכולים “להדליק” או “לכבות” מנגנון רגנרציה זה בדג הזברה עם הסטת מתג מולקולרי. הבנת המנגנון המתאם גידול מחדש של מבנה מורכב כמו סנפיר בקרב תאי הדג עשוי לסייע למדענים להבין את תהליך הרגנרציה באופן כללי, ובכך לספק רמזים שיעזרו בפיתוח שיטות ריפוי קליניות כמו למשל חידוש רקמת תאי שריר הלב לאחר אירוע לבבי.

רגנרציה (Regeneration) היא יכולתם של יצורים מסוימים לגדל מחדש חלקי גוף מורכבים, רקמות ואיברים שלמים לאחר קטיעתם ואף יצירת אורגניזם שלם מתוך איבר או רקמה מסוימת. הכוונה כאן לחזרה מושלמת גם מבחינת המבנה וגם מבחינת התפקוד של הרקמות. תופעת הרגנרציה מוכרת בעיקר בצמחים אולם גם בבעלי חיים קיימת תופעה זו, למשל בדו-חיים. אולם במהלך האבולוציה הלכה ונעלמה היכולת המופלאה לרגנרציה. ביונקים, ובכללם גם באדם, יכולת ההתחדשות הינה מוגבלת ביותר. באדם ישנן רקמות שאינן מתחדשות ובאחרות חלה רגנרציה חלקית, רגנרציה מפצה- תהליך של היפרטרופיה או היפרפלזיה המנסה לפצות על האובדן אשר כולל שני תהליכים, הראשון הינו ניסיון של הרקמה לבצע רגנרציה אבל יחד עם ניסיון זה מתקיים התהליך השני שהוא השקעה של רקמה פיברוטית במקומות שבהם הרגנרציה לא הייתה שלמה – יצירת רקמה צלקתית.

החוקרים טוענים שלא רק שממצאיהם יקדמו את המחקר העוסק ברגנרציה של רקמות ואיברים, אלא שממצאיהם יכולים להוביל גם לדרכי טיפול משופרות בתחום השתלת מח עצם להחזרת המערכת ההמטופואטית בקרב חולי סרטן.

ממצאי החוקרים פורסמו ב- 22.12.06 בכתב העת המקוון Development ePress ובכתב העת Development. החוקר הראשי הינו חוקר מטעם Howard Hughes Medical Institute, רנדל מון, מהמכון לתאי גזע של אוניברסיטת וושיגנטון וחוקרים מרכזיים נוספים הינם קריסטי סטויק-קופר וגילברט וייגינגר, אשר תכננו ובצעו את הניסויים במעבדתו של מון.

החוקרים השתמשו ברגנרציה של סנפיר הזנב בדג הזברה כמערכת מודל. הם גילו כי קיים מסלול איתות (סיגנל) תאי עיקרי, הנקרא מסלול ה- Wnt/?-catenin. מסלול זה מרכזי בהפעלה של מנגנון מורכב ביותר של רגנרצית איברים. מסלול זה משחק תפקיד מרכזי גם בויסות תאי גזע בשלבי ההתפתחות העוברית ובתחזוקת רקמות בוגרות. הוכח כי כשלים במסלול זה מובילים לסרטן כמו גם למחלות הקשורות בצפיפות עצם ומחלות נוירו-ניווניות.

מסלול ה- Wnt/?-catenin מורכב מקבוצה גדולה של חלבונים אשר מופעלים כאשר מולקולת האיתות Wnt נקשרת לרצפטורים של המסלול המצויים על שטח פני התא. אקטיבציה זו מגבירה את רמות ה- ?-cateninאשר בתפקידו הינו רגולטור-על של גנים מרובים- אשר מגיע לגרעין התא ושם מוסת אותם.

החוקרים מצאו גם כי חלבון נוסף הקשור לחלבון Wnt, הקרוי wnt5b, מעכב רגנרציה. Wnt5b שולט במנגנון סיגנל אשר אינו תלוי ב ?-catenin-. מכאן, שחלבוני Wnt יכולים להפעיל יותר מאשר מסלול איתות אחד, ומסלולים אלו מעורבים ברגנרציה, אך עם תפקידים הפוכים.

“בעבר היה ידוע כי מרכיבים שונים של מסלול ה-Wnt התבטאו במהלך רגנרציה, אולם אף אחד לא חקר לעומק האם המסלולים אכן מופעלים” אומר מון. “ואף אחד גם לא הבדיל בין שני המסלולים ובדק את ההשפעות של כל אחד מהם לחוד”.

בניסויים שערכו, סטויק-קופר וויינדינגר בצעו מניפולציות גנטיות במסלול ה- Wnt/?-catenin בדג ומדדו עד כמה מניפולציה זו השפיע על יכולת הדג לגדל מחדש סנפיר זנב שנקטע.

הם השתמשו בגן “מדווח” פלורסנטי, אשר חשף את הפעלת המסלול Wnt/?-catenin ע”י כך שזהר כמו בגחלילית. באמצעות הגן המדווח החוקרים הצליחו להראות שהמסלול הופעל במהלך רגנרציה, אך ורק באיזור הגוף בו התרחשה הרגנרציה. באופן דומה הם ראו שהמסלול מופעל במהלך רגנרציה של הלב בדג הזברה ובכבד עכבר. לאור ממצאים אלה ייתכן ומסלול ה- Wnt/?-catenin מתפקד בתהליכי רגנרציה במינים שונים של יצורים והוא מנגנון משומר באבולוציה. בהמשך מצאו החוקרים כי המסלול מופעל גם במהלך יצירת תאים שלא עברו התמיינות אשר שגשגו תוך רגנרצית תאי סנפיר הזנב.

השלב הבא במחקר היה יצירת דג מהונדס גנטית בו ניתן “לכבות” את מסלול ה- Wnt/?-catenin ע”י חשיפת הדג למים חמים. כשעשו זאת, מצאו החוקרים, נחסמה הרגנרציה לחלוטין. הם הצליחו גם להגביר את קצב הרגנרציה ע”י הגברת הסיגנל של Wnt/?-catenin. החוקרים מדגישים כי ממצא זה הוא ממצא משמעותי לגבי תחום המחקר החדיש, של רפואה רגרטיבית, בו אמצעי לעידוד רגרנציה הוא כלי בעל ערך רב.

לעומת זאת, כאשר הם הינדסו גנטית דג כך שהגן wnt5b הופעל בו בתגובה למים חמים, חל עיכוב ברגנרציה. ההפך נכון בדג עם מוטציה בגן wnt5b, בו נמצא שהרגנרציה הוגברה. ממצא זה צפוי, אומר מון, מאחר ואובדן אינהיבטור פונקציונלי מסתכם בשלילה כפולה, כלומר יגרום לכך שהרגנרציה תואץ.
 
“ניסויים אלה מראים שקיים מנגנון חדש ולחלוטין לא צפוי אשר מהופך לתהליך הרגנרציה” אומר מון. “נערכו מחקרים אחרים שהצביעו על כך שגנים דמויי wnt5b יכולים לחסום את מסלול ה- Wnt/?-catenin, אולם אף אחד מהם לא בדק אם  אנטגוניזם זה מתרחש בהקשר של התהליך הנורמלי של הרגנרציה.”

“הניסויים של קריסטי וגילברט מוכיחים בקפדנות, דרך גישה גנטית, שמסלולי Wnt הם חשובים ופונקציונליים בתהליך הרגנרציה” הוא אומר. “ועוד יותר מכך, הם מראים שבחקר של פציעות או דלקת בכל הקשר שהוא, על החוקרים לבדוק האם מעורבים בתהליכים אלה גם סיגנלים של Wnt. הניסויים שתוארו כאן מציעים שאיתות (סיגנל) Wnt הוא מרכיב אוניברסלי במסלולי רגנרציה בבעלי חיים.”

לפי מון, לממצאים של סטויק-קופר וויידינגר יהיו השלכות קליניות לגבי רגנרצית רקמות, כמו גם לגבי עידוד גידול תאי גזע. תאי גזע אינם תאים בוגרים, אלא תאים שטרם עברו התמיינות והם מסוגלים להבשיל ולהתבגר למגוון רחב של סוגי תאים.

“איתות של Wnt/?-catenin משחק תפקיד חיובי חשוב בדיפרנציאציה (התמיינות) של תאים ובתאים הדרושים לרגנרציה” הוא אומר. “הדבר מתאים לממצאי מחקרים קודמים של המעבדה שלנו, בהם הראנו בבעלי חיים שהפעלת מסלולים אלה מגבירה את הצלחת השתלות של תאי גזע המאטופויטיים מהם נגזרים תאי הדם השונים. שתלים כאלו בחולי סרטן, שמערכת החיסון שלהם נהרסה ע”י קרינה או כימותרפיה, חיוניים לריפוי; ולעיתים הם נכשלים משום שהתאים המושתלים אינם נקלטים למח העצם. אנחנו מאמינים שהגברה וחיזוק של מסלול ה- Wnt/?-catenin תגביר את קצב הצלחת קליטת שתלים של תאי גזע המאטופויאטים במח העצם של החולים” הוא אומר.

במחקרים קליניים אחרים, מון ועמיתיו בודקים האם הפעלת מסלול ה- Wnt/?-catenin  יכולה להגביר גם התמיינות של תאי גזע עובריים לתאי שריר הלב, בהם ניתן יהיה להשתמש מאוחר יותר במחלות לב שונות.

מון ועמיתיו חוקרים גם כיצד אין ספור סוגי התאים המעורבים בתגובה הרגנרטיבית מגיבים לסיגנלים להפעלת Wnt ובנוסף, כיצד פציעה מצליחה לגרום ל”הדלקת” האיתות של Wnt/?-catenin  . החוקרים מאמינים כי האיתות של Wnt יתגלה כמטרה תרפויטית בתחום הרפואה הרגנרטיבית בעתיד.  
 

לידיעה באתר המכון הרפואי על שם הווארד יוז