יתוש בראש

מדעני מכון ויצמן למדע פיתחו כלי מחקרי שיאפשר לשפוך אור חדש על מסלולי תקשורת בין תאי עצב במוח

מקטע מוח של עכבר. החלקים המוארים באדום – מסלולי תקשורת בין תאי עצב אשר מבטאים את חלבון היתוש. בכחול – גרעיני התאים
מקטע מוח של עכבר. החלקים המוארים באדום – מסלולי תקשורת בין תאי עצב אשר מבטאים את חלבון היתוש. בכחול – גרעיני התאים

האם היתוש הטרדן, המזוהה לרוב עם עקיצות והעברת מחלות, יעזור לנו להבין טוב יותר את מסתרי המוח? פרופ' עפר יזהר וצוותו במחלקה לנוירוביולוגיה של מכון ויצמן למדע פיתחו כלי חדש לחקר המסרים המועברים בין תאי העצב במוח, אשר מבוסס על חלבון רגיש לאור שמקורו ביתושים. ממצאי המחקר המתפרסם היום בכתב-העת המדעי Neuron, יאפשרו לבחון ברזולוציה חסרת תקדים את הקשר בין מסלולי תקשורת במוח למגוון מצבים נוירולוגיים ופסיכיאטריים, בניסיון לפתח טיפולים ממוקדים ויעילים יותר במגוון מחלות עצביות.

מעבדתו של פרופ' יזהר מתמחה באופטוגנטיקה – שיטת מחקר חדשנית המאפשרת "להפעיל" או "לכבות" תאי עצב באמצעות אור. שיטה זו מתבססת על עכברי מעבדה שהונדסו גנטית כך שיבטאו בתאי העצב שלהם חלבונים המכונים "רודופסינים" – מולקולות רגישות לאור המשמשות בין היתר קולטני אור בתאי הרשתית בעיניים שלנו. כאשר מוקרן אור על תאי העצב בעכברים אלה – בעזרת סיבים אופטיים זעירים – מתחוללים שינויים במתח החשמלי של קרומי התאים, ובעקבות זאת, תאי העצב מופעלים או מכובים.

אילוסטרציה של המבנה המרחבי של מולקולות הרודופסין שמקורה ביתושים. יעילה ויציבה
אילוסטרציה של המבנה המרחבי של מולקולות הרודופסין שמקורה ביתושים. יעילה ויציבה

אופטוגנטיקה הניבה בשנים האחרונות כמה מחקרים פורצי דרך במעבדות ברחבי העולם, אך ביצועי החלבונים המצויים כיום בשימוש רחוקים מלהיות מושלמים – בעיקר כשמדובר בשליטה בשחרור של מוליכים עצביים לסינפסות – צומתי התקשורת הזעירים שבין תאי העצב. פרופ' יזהר וצוות גדול ממעבדתו, ובהם ד"ר מתיאס מאן, ד"ר ענבר שרף סיניק ופריטיש פאטיל, שמו להם למטרה ליצור סוג חדש של כלי אופטוגנטי, שיאפשר לשפוך אור חדש על התקשורת בין תאי העצב.

""זו טכנולוגיה מאוד מרגשת, מכיוון שהיא תאפשר לנו לחשוף את תפקידיהם של מסלולי תקשורת שונים במוח באופן שלא היה אפשרי עד כה"

"החלטנו להסתכל סביב ולראות אילו פתרונות קיימים בטבע", אומר פרופ' יזהר. מתברר כי בטבע קיימות גרסות שונות של מולקולת הרודופסין. דגים, חרקים ואפילו יונקים מבטאים חלבונים אלה לא רק בעיניהם, אלא בחלקי גוף שונים – ככל הנראה כחלק מהמנגנון לוויסות השעון הביולוגי ואולי אף למטרות נוספות שטרם התגלו. צוות המחקר יצא לדרך עם רשימה ארוכה של חלבוני רודופסין פוטנציאליים וניסה תחילה להעריך אילו מהם ישמשו בצורה מיטבית לחקר מסלולי תקשורת בין תאי עצב. בסופו של דבר צמצמו החוקרים את הרשימה לשניים – רודופסין שמקורו בדג אבו-נפחא ורודופסין שמקורו ביתוש.

אבל היה זה החלבון שמקורו ביתוש, שהתגלה המתאים ביותר לשמש כלי אופטוגנטי, משום שהפעלתו באמצעות אור השתיקה את הפעילות בסינפסות ובכך את מסלולי התקשורת בין תאי עצב במוח. כדי לבדוק את יעילותו של הכלי החדש, העמידו אותו החוקרים למבחן אל מול תרופה המפחיתה את עוצמת התקשורת בין תאי עצב. הם הראו כי האפקט של הכלי החדש היה יעיל באותה מידה כמו התרופה, אך בעוד התרופה משפיעה על כל חלקי המוח ללא הבחנה, הכלי האופטוגנטי החדש אִפשר להם להשפיע על התקשורת בין תאי עצב ספציפיים באופן ממוקד ומדויק הן במרחב והן בזמן. בהמשך הדגימו המדענים את יכולותיו של הכלי החדש באמצעות חסימת שחרורו של המוליך העצבי דופאמין בצד אחד של המוח בלבד בעכברים המהונדסים. הארה של המוח דרך סיב אופטי הביאה לשינוי בהתנהגותם של העכברים, אשר נמשך רק בזמן הפעלתו של הכלי האופטוגנטי. דקות ספורות לאחר שכיבו החוקרים את האור, חזרו העכברים להתנהג כרגיל. זו הייתה עדות לכך שהשיטה החדשה גורמת שינויים הפיכים בתפקודו של המוח, כך שניתן לחקור באמצעותה את תפקידיהם של מסלולים ספציפיים המקשרים בין אזורי מוח שונים.

"רודופסין היתוש יאפשר לנו להתמקד בתקשורת בין תאי עצב ספציפיים", אומר פרופ' יזהר. "זו טכנולוגיה מאוד מרגשת, מכיוון שהיא תאפשר לנו לחשוף את תפקידיהם של מסלולי תקשורת שונים במוח באופן שלא היה אפשרי עד כה. אנו מאמינים שחלבון יתוש זה יסלול את הדרך לפיתוח משפחה שלמה של כלים אופטוגנטיים חדשים לחקר המוח".

בתחילת השנה בחר כתב-העת המדעי Nature במחקר האופטוגנטיקה של פרופ' יזהר לרשימת "שבע הטכנולוגיות שישפיעו על עולם המדע בשנת 2021". מחקר זה יהוה עוגן משמעותי במכון החדש למדעי המוח והעצב – פרויקט דגל של מכון ויצמן שיוקם בהשקעה של עשרות מיליוני דולרים ויאגד תחתיו קבוצות מחקר מובילות בתחומים שונים אשר ישלבו ידיים בחקר תעלומות המוח.

במחקר השתתפו גם תלמידי המחקר אייל ביטון, שקד פלגי, אסף גת, ד"ר ג'וליאן דין, ד"ר יונאס ויטק, עידו דוידי, רבקה לוי ואנה ליטבין מקבוצתו של פרופ' יזהר.

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook
דילוג לתוכן