מתחילים עם תא אחד

תחום האפיגנומיקה עוסק בבקרת החומר הגנטי וכולל רכיבי בקרה תאיים, ובהם מתילציה, כרומטין ואר-אן-אי. מתילציה היא היקשרות קבוצת מתיל (חומר פחמימני) לגנים. לקבוצה זו יכולים להיקשר חלבונים ייחודיים שחוסמים את הגישה לגנים, וכך משתיקים אותם ולא מאפשרים להם להתבטא; כרומטין הוא סיב ארוך שמורכב מחלבונים ואורז בתוכו את הדי-אן-אי; ואר-אן-אי הן מולקולות בעלות תפקיד חשוב בייצור חלבונים לפי המידע הצפון בדי-אן-אי.

רכיבים אלה מאפשרים לתאי אב (תאי גזע) להחליט לאיזה תא להתמיין (למשל לתאי עצם, תאי סחוס, תאי עור, תאי עצב, תאי שריר ועוד). התמיינות זו חיונית להתפתחות העוברית (יצירת איברים) ולחידוש רקמות (תחום שמשמש גם ברפואה הרגנרטיבית, המחדשת). שיבושים בתהליך ההתמיינות בשלב העוברי יגרמו לפגמים התפתחותיים, ושיבושים מאוחרים יותר עלולים לגרום למחלות כגון סרטן.

ד”ר רם אורן מהמכון למדעי החיים באוניברסיטה העברית וצוותו חוקרים אפיגנומיקה כדי להבין לעומק תהליכים תאיים שעלולים להשתבש ולגרום לפגיעות ומחלות. “עד עתה חקרו תהליכים ביולוגיים במחשבה שהם מתרחשים באופן דומה בכל התאים”, אומר ד”ר אורן, “אך כיום הולכת וגוברת ההבנה שבכל מערכת ביולוגית קיימת שונות בין-תאית גדולה. כך למשל, לא כל תאי הגזע העובריים מתמיינים באותה דרך לאיברים שונים. בשלב הראשוני של התהליך חלקם עדיין נאיביים (לא ממוינים) וחלקם כבר בהכנה להתמיינות”.

כדי להבין טוב יותר את השונות הבין-תאית, מתמקדים ד”ר אורן וצוותו – בסיוע מענק מחקר מהקרן הלאומית למדע – בפיתוח טכנולוגיות שבאמצעותן הם מבודדים תאים כדי לבחון ולמדוד כל אחד מהם בנפרד. כך למשל, הם פיתחו טכנולוגיה שמבוססת על יצירת טיפות (באמצעות שמן ומים) וכליאת תאים (אנושיים או מעכברים, בריאים או חולים) בתוכן, כך שכל טיפה מכילה תא בודד.

“כדי להבין תהליכים ביולוגיים שעומדים מאחורי התפתחות מחלות אנחנו חייבים לבחון אותם ברמת התא הבודד”, אומר ד”ר אורן. “רק כך נוכל להבין מה קורה לכל אחד מהתאים – למשל מה לא עובד בו, איך הכרומטין שלו מתפקד, איך תרופות משפיעות עליו, איך הוא מגיב להשתקת גן, ולמה תא אחד נהרס ואחר שורד. באמצעות הטכנולוגיה שפיתחנו אנחנו יכולים לקחת כל תא בנפרד ולמדוד בו את כל הפרמטרים האלו וגורמים נוספים”.

כאן מתעורר קושי: בכל תא בודד שכזה כמות החומר (כגון אר-אן-אי, די-אן-אי וכרומטין) מועטה מאוד ולכן קשה לחקור אותו. לכן במחקרם האחרון, שזכה במענק מהקרן הלאומית למדע, ביקשו ד”ר אורן וצוותו להתגבר על הבעיה הזאת ולהגדיל את כמות החומר בתא בודד.

גם הפעם הם השתמשו בטכנולוגיית הטיפות – הם הכניסו נוזל, שמן ותאים (בניסוי אחד תאי סרטן הריאה אנושיים ובניסוי שני תאי גזע עובריים של עכברים) – אך הוסיפו גם חומר שמתקשה (פג-דקסטרן). כך, אחרי כמה דקות, הפך מרקם הטיפות להיות ג’ל והן כלאו את התאים בתוכן. לאחר מכן החלו החוקרים לגדל את התאים הכלואים, שהתרבו כך שהתקבלו מהם עשרות תאים שמקורם זהה; כל תא השתכפל לעוד ועוד תאים שדומים לו, ובהתאם גדלה גם כמות החומר שהכילו. “כך יכולנו להתייחס ל-30 תאים למשל כמו אל תא בודד כיוון שהם היו מאוד דומים אחד לשני, והצלחנו למדוד פי 30 חומר”, אומר ד”ר אורן.

בדרך זו הצליחו החוקרים לגלות ממצאים שלא גילו קודם לכן (כאשר בחנו תאים בודדים). למשל, הם גילו קבוצת תאים בסרטן הריאה שפחות ממוינים וכך מתחלקים ומתפשטים מהר יותר. בנוסף הם גילו כי החלטתם של תאי גזע עובריים להתמיין מתרחשת בשלב הרבה יותר מוקדם מכפי שחשבו (האות להתחלת ההתמיינות ניתן עוד בשלב שהיו בודדים, לפני שהשתכפלו).

“זיהינו קבוצת תאים ייחודית בסרטן הריאה”, הוא אומר, “וייתכן שבהמשך נוכל לחקור את מאפייניה לעומק וכך נדע איך להתגבר עליה, ובאיזו תרופה להשתמש. בזכות הגילוי בתאי הגזע העובריים אנו מבינים יותר לעומק את תהליך ההתמיינות – שמתחיל כבר ברמת האר-אן-אי בתא. אפשר להסיק מזה שההחלטה על אופן ההתמיינות בניסויים במעבדה צריכה להיעשות בשלב מוקדם יותר”.

החיים עצמם:

ד”ר רם אורן, 45, נשוי פלוס שלושה ילדים (11, 13, 16), גר בנטף וחובב טיפוס בולדרינג (על סלעים גדולים). הוא מספר כי בחר לעסוק במחקר, לאחר שנולדה לו ילדה עם מחלה גנטית נדירה (מוטציה בגן (GABRG2, שהופכת אותה לבעלת צרכים מיוחדים. כיום מתקיים במעבדתו פרויקט לחקר המחלה במקביל לשאר המחקרים.