כיצד חלבונים מתקשרים זה עם זה?

על מנת לשמור על הבריאות שלנו, החלבונים שבתאי גופנו נדרשים לשתף פעולה אחד עם השני. אולם, עד היום לא היה ברור כיצד עשרות אלפי חלבונים שונים מוצאים בדיוק את בני-הזוג המתאימים להם בזמן שהם מתפרקים ונבנים מחדש בגוף שוב ושוב. חוקרים מאוניברסיטת קופנהגן מספקים תובנות חדשות באשר למנגנון מרתק זה

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]

על מנת לשמור על הבריאות שלנו, החלבונים שבתאי גופנו נדרשים לשתף פעולה אחד עם השני. אולם, עד היום לא היה ברור כיצד עשרות אלפי חלבונים שונים מוצאים בדיוק את בני-הזוג המתאימים להם בזמן שהם מתפרקים ונבנים מחדש בגוף שוב ושוב. חוקרים מאוניברסיטת קופנהגן מספקים תובנות חדשות באשר למנגנון מרתק זה.

הפרופסור Jens Jørgen מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת קופנהגן ועמיתיו פרסמו זה עתה את ממצאי המחקר שלהם בנוגע לשיטה המסייעת לחשוף את המנגנון באמצעותו החלבונים מתקשרים זה עם זה בפרסום שכותרתו: “Specific and nonspecific interactions in ultra-weak protein-protein associations revealed by solvent paramagnetic relaxation enhancement”, בכתב-העת המדעי Journal of the American Chemical Society.

עד היום, לא הייתה כל דרך אפשרית לתעד כיצד החלבונים הלכה למעשה מוצאים אחד את השני ביצורים חיים. מצב זה עורר בעיה גדולה מאחר ותהליכים ביולוגיים חשובים רבים מתחילים כאשר שני חלבונים נפגשים ויוזמים תגובה ביניהם. וכאשר שיתוף הפעולה ביניהם משתבש הוא עלול להוביל לתוצאות הרות-גורל: החל מסכרת, סיסטיק פיברוזיס וכלה בפרקינסון ואלצהיימר – רבות מהמחלות הללו קשורות לקיפולם השגוי של חלבונים, או להצטברותם של החלבונים יחדיו – תהליך הידוע בשם הצטברות חלבונים. מסביר החוקר הראשי: “כל חוקר המעורב בפיתוח רוקחי או בטיפול במחלות יוכל להשתמש בשיטה שלנו.”

כאשר חלבון מסוים, למשל – הורמון הגדילה – חייב למצוא את בן-הזוג שלו לפעילות (מה שמכונה בשם ‘קולטן’) נמצאים עשרות אלפי חלבונים מקרבם הוא יכול לבחור. לפיכך, החלבונים חייבים להצטייד במנגנון המאפשר להם לסרוק במהירות מספר עצום של בני-זוג אפשריים לפעילות משותפת. המנגנון, המכונה בשם ‘יחסי-גומלין חלשים במיוחד’, הוא מצב שבו החלבונים משפיעים אחד על השני באמצעות כוחות אלקטרוסטטיים. ניתן להשוות את זה לרקדן הצועד לאורך קיר ומחפש בת-זוג לריקוד. הוא מתחיל בקידה, ורק אם בת-הזוג מהנהנת בהסכמה, הוא מוביל אותה לרחבת הריקודים.

יחסי-גומלין חלשים במיוחד הם כה חלשים עד כי לא היה ניתן לחשב אותם עד היום באמצעות כלים מתמטיים, שלא לדבר על בדיקתם בעזרת מדידות פיסיקליות. אולם, החוקרים פיתחו שיטה חדשנית המאפשרת לצפות ביחסי-גומלין אלו בעזרת ספקטרוסקופית תמ”ג (NMR). ספקטרומטר מאפשר לבחון מבנים מולקולאריים באמצעות חשיפתן של מולקולות לשדה מגנטי. החוקרים ניצלו את העובדה כי ניתן לצפות בפעילותה של מולקולת חלבון בשדה מגנטי ע”י הוספה של חומר פאראמגנטי בשם גדודיאמין (Gadodiamide, וויקיפדיה). חומר זה אידיאלי למשימה מאחר והוא אינו יוזם תגובות כימיות עם החלבונים, ולפיכך אין לו כל השפעה על מבנהו של החלבון. מעבר לכך, הרחקתו בגמר המדידה פשוטה וקלה לביצוע.

אולם, השינויים בספקטרא של תמ”ג החלבון הינם זעירים וחלשים, כך שמציאת התחבולה המתאימה לא הייתה כה פשוטה. “בשלב הראשון, לא הבנו על מה אנו מסתכלים. זה נראה לנו כאי-ודאות בנתונים, ודרש מאתנו זמן רב על מנת לגלות את המנגנון.”

השיטה החדשה מאפשרת לראות כיצד בדיוק החלבונים מתוודעים זה לזה ומשתפים פעולה ביניהם. ניתן לנצל את הידע החדש הזה בייצור של חלבונים במערכות תעשייתיות, במחקר של מסלולים הקשורים למחלות ובתחום של פיתוח תרופות מבוססות-חלבונים. “כבר היה ידוע כי חלבונים מוצאים אחד את השני בעזרת יחסי-גומלין חלשים במיוחד, אולם אף אחד לא ידע כיצד למדוד אותם. כעת אנו מסוגלים לעשות זאת,” אומר החוקר הראשי. החוקרים מקווים כי מדענים אחרים ישתמשו בתגלית שלהם, ישלבו אותה בעבודות שלהם ויפתחו את הידע הנדרש לשימוש בשיטה זו גם במערכות ביולוגיות בתוך הגוף עצמו.

הידיעה המקורית

המאמר