סיפור על חלבון שלא חש מתח חשמלי
קולטני החישה בגופנו קולטים גירויים מהסביבה בקביעות. גירויים אלו הופכים למידע (אותות) שמועבר באמצעות תאי עצב לאזורים שונים במוח, שם הוא נקלט בתחנות ביניים ומעובד ולבסוף מתפוגג או מאוחסן, לפי תוכנו ומידת חשיבותו. תאי העצב מסוגלים לתקשר ביניהם באמצעות הסינפסות (אזור המפגש בין תא עצב לתא המטרה שלו, שבו עובר המידע העצבי). גמישות מוחית (או בשמה הנוסף: פלסטיות עצבית) מתבטאת ביכולת של תאי העצב ליצור קשרים חדשים זה עם זה, וכך, בין השאר, להשפיע על ההתנהגות.
ד”ר משה פרנס מהמעבדה למעגלים עצביים ותפיסת הריח באוניברסיטת תל אביב וצוותו חוקרים, בזבוב הפירות “דרוזופילה”, כיצד המוח מקודד את המידע שמגיע אליו מהחושים, ומתרגם אותו להתנהגות. כלומר, כיצד הוא מקבל קלט (גירוי חושי) ומוציא פלט (תגובה).
“המוח שלנו מגיב לסביבה המשתנה ואנחנו רוצים להבין כיצד הוא עושה זאת דרך מערכת הריח” אומר ד”ר פרנס. “יש לנו 400 סוגים של תאי קלט באף – ואנחנו מנסים להבין איך הפעלתם מקודדת מידע במוח ומובילה להתנהגות מסוימת”.
בתוך כך, ד”ר פרנס וצוותו חוקרים קולטנים מצומדים לחלבון G – חלבונים שהפעלתם גורמת לשרשרת תגובות כימיות בתוך התא (מסלול מעבר אותות). חלבונים אלה נפוצים מאוד במוח ומעורבים כמעט בכל פעילות מוחית (כגון למידה וזיכרון). בעבר גילו פרופ’ חנה פרנס ופרופ’ יצחק פרנס (הוריו של החוקר), שקולטנים אלה יכולים לחוש מתח חשמלי בתאים. אך עד עתה לא היה ידוע אם שינויים בהם, כגון ביטול יכולתם לחוש מתח חשמלי, משפיעים על המוח ועל ההתנהגות.
כדי לענות על השאלה הזאת, החליטו ד”ר פרנס וצוותו להתמקד בקולטן אחד ממשפחת קולטנים מצומדים לחלבון G (הקרוי מוסקריני מסוג א). על הקולטן הזה קיים כבר מידע רב בספרות המדעית, ובין היתר ידוע מיקום חיישן המתח שלו והאופן שבו אפשר לשנותו. החוקרים שינו את הרצף הגנטי של הזבובים באמצעות מערכת עריכת גנים (טכנולוגיית קריספר), כך שהקולטן מוסקריני לא יוכל לחוש מתח חשמלי בתאי עצב במוח, ואז בדקו כיצד זה משפיע על תפקודם והתנהגותם של הזבובים. זאת, בהשוואה לזבובים שלא עברו כל מניפולציה (קבוצת ביקורת).
תאי העצב שבהם בוטל חישן המתח של הקולטן מוסקריני היו כאלו שמעורבים בתהליך ההתרגלות לריח – תהליך שבו עוצמת התגובה לריח פוחתת בעקבות חשיפה מתמשכת אליו, דבר שמעיד על גמישות מוחית תקינה. כך, למשל, כמה דקות לאחר שנכנסים לחדר עם ריח טוב או רע, אנו מפסיקים להריח אותו.
החוקרים גילו שביטול חישן המתח של הקולטן מוסקריני, וכן גם ביטול חישת המתח החשמלי שלו בתוך התא, גורם לביטול הגמישות המוחית של הזבובים; “מצאנו שהקולטן מוסקריני מעורב מאוד בחיזוק הקשר הבין-תאי במוח”, אומר פרופ’ פרנס. “מדובר במעורבות הרבה יותר משמעותית ממה שחשבנו; כאשר ביטלנו את החישן שלו, הקשר בין תאי העצב לא הצליח להתחזק. בדרך כלל, כשתא א’ פעיל – תא ב’ פעיל יותר. אבל כעת ראינו שתא ב’ לא משנה את הפעילות שלו, ונותר נשאר סטטי”, מסביר ד”ר פרנס.
בניסויי התנהגות של הזבובים, שזכה במענק מחקר מהקרן הלאומית למדע, גילו החוקרים שהתוצאה של ביטול הגמישות המוחית היא הרס תהליך ההתרגלות לריח; הם סגרו את הזבובים בתאים מיוחדים שבהם מצד אחד מזרימים ריח ומצד שני אוויר. מדובר ב-20 תאים שבכל אחד מהם זבוב בודד. הם הזרימו לתאים ריח חריף במשך חצי שעה ושמו לב שזבובי הניסוי התרחקו ממנו בקביעות (כלומר, לא התרגלו אליו). זאת, לעומת זבובי הביקורת שמהר מאוד הפסיקו להתרחק ממנו (כלומר, התרגלו אליו). בשלב זה כימתו המדענים את הזמן שבו שהו הזבובים בצד של איזור הריח ובצד של האוויר, וכך פענחו את מידת ההרס של תהליך ההתרגלות לריח.
“ממצאים אלו משנים את תפיסתנו לגבי קולטנים מצומדים לחלבון G”, אומר ד”ר פרנס. “עד היום לא התייחסו להשפעת מתח חשמלי על תפקודם ועל השלכותיה על גמישות המוח וההתנהגות. הקולטנים הללו מעורבים במערכות ובמחלות מוחיות רבות, וכעת גילינו מנגנון בקרה שלהם שאפשר לנסות לכוון אליו טיפול תרופתי. לכן אנחנו ממשיכים לבדוק עוד מהם, בנוסף לקולטן מוסקריני. סביר מאוד שלתלותם במתח החשמלי יש חשיבות במערכות נוספות ולא רק במערכת הריח”.
החיים עצמם:
ד”ר משה פרנס, בן 47, נשוי + שלושה (10, 15, 18) ומתגורר בתל אביב.
עוד בנושא באתר הידען:
