מחקר חדש משנה את דרך המחשבה על הובלת הברזל בגוף

ממצאים חדשים משנים את דרך המחשבה שלנו על מטבוליזם הברזל. המחקר נערך על ידי חוקרות בטכניון בשיתוף עם עמיתים מארבע מדינות מחו”ל

כתב העת Blood מציג בכתבת השער של גיליונו האחרון, שפורסם ב- 18 בינואר, מחקר שנערך ע”י ד”ר מריאנה טרומן-רוזנצביט ופרופ’-משנה אסתר מירון-הולץ מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון. המחקר מציג לראשונה מנגנון הובלה והפרשה של פריטין, חלבון שעד כה נחשב מרכזי בעיקר באחסון הברזל בגוף האדם. מחקר מפתח זה משנה את דרך המחשבה שלנו לגבי הובלת הברזל בגוף ופותח ערוצים חדשים למחקר ולפיתוח טיפולים עתידיים במחלות רבות.

ברזל הוא מרכיב חיוני לתפקודם התקין של רוב הייצורים החיים. הוא אחראי להובלת חמצן בכדוריות הדם האדומות, לשפעול של אנזימים הקשורים ביצירת די-אן-איי ולהפקת האנרגיה במיטוכונדריה של התא. מחסור בברזל פוגע בהעברת החמצן לכל חלקי הגוף, בחלוקת התאים ובייצור האנרגיה בתא. עודף ברזל וברזל ‘חשוף’, כלומר ברזל שאינו עטוף בחלבון כלשהו, עשוי לעורר עקה חימצונית העלולה להזיק לאורגניזם. לפיכך, מחסור או עודף במאזן הברזל כאחד עלולים להוביל להתפתחות מחלות דלקתיות, סרטן ומחלות נוירודגנרטיביות כגון אלצהיימר ופרקינסון.

חלבון הפריטין הינו אחד הגורמים העיקריים בוויסות רמת הברזל התאי ובהגנת הגוף מפני הרעלת ברזל. המאמר מתאר את פיזורו של הפריטין בתוך התא ואת מנגנוני ההפרשה שלו אל מחוץ לתא. לדברי פרופ’-משנה מירון-הולץ, “פריטין הוא חלבון חשוב למאזן הברזל בגוף, ויש קורלציה חזקה בין שיבושים במאזני הברזל והפריטין לתופעות פתולוגיות ונוירופתולוגיות שונות. הממצאים שלנו מאפשרים הבנה מדויקת ומעמיקה יותר של מאפייני הפריטין, ושל התהליכים הבסיסיים המולקולריים שהוא עובר. הבנה כזו בעלת משמעות רבה כי היא עשויה לתרום לפיתוח טיפולים למחלות נוירודגנרטיביות רבות, המאופיינות בפיזור לא תקין של ברזל במוח.”

המחקר שהתפרסם ב- Blood התמקד באפיון הפיזור התוך תאי וההפרשה של הפריטין מתאים מקרופאגיים – תאים ממערכת החיסון הממלאים תפקיד מרכזי במחזור ברזל  סיסטמי. המחקר כלל שימוש בכלים ביואינפורמטיים על מנת לחקור את האבולוציה של הפרשת פריטין, המבנה המרחבי שלו וכן טופולוגיות העשויות להיות מעורבות בפיזור הפריטין. “שימוש בכלים אלה איפשר לנו לחזות אזורים על פני הפריטין אשר משחקים תפקיד בהפרשתו. בעזרת שיטות ביוכימיות מגוונות, וכן בטכנולוגיית CRISPR-Cas9 המאפשרת עריכה מהירה של הגנום, גילינו שפגיעה באתרים מסויימים על פני הפריטין משנה את הפרשתו״, אומרת פרופ’-משנה אסתר מירון הולץ.

המאמר מגלה כי הפריטין מופרש בשני מנגנוני הפרשה לא קלאסיים, כאשר אחד המנגנונים הינו דרך שלפוחית ננומטרית בשם אקסוזום. לדברי ד”ר טרומן-רוזנצביט “קבוצות מחקר רבות לומדות כיום את הדינמיקה של הובלת חומרים באקסוזומים – פלטפורמה שמאפשרת לחומרים אלה לחדור את מחסום הדם-מוח. הפרסום הנוכחי מציג, לראשונה, כי פריטין המכיל אלפי אטומי ברזל נמצא באקסוזומים חוץ-תאיים. עדיין לא ברור מהו תפקידו של פריטין זה, אך אנחנו מעריכות כי לפריטין יש תפקיד מפתח בפיזורו של ברזל בין-תאי ברקמות כגון המוח, ולא רק באגירתו הבטוחה והזמינה של הברזל בתוך התא.” הגילויים של המחקר הנוכחי מביאים את הפריטין אל קדמת הבמה של המטבוליזם הסיסטמי של ברזל וכן חושפים כי הפריטין לא רק אוגר ברזל אלא גם מעבירו בצורה מבוקרת, ולמעשה משמש כבקר מרכזי של הברזל בגוף.

על החוקרות

פרופ’-משנה אסתר מירון-הולץ, ילידת שוויץ, למדה מדעי התזונה בפקולטה לחקלאות וסיימה תואר שני ושלישי במחלקה לתזונת האדם של בית הספר לרפואה באוניברסיטה העברית בהנחייתם של פרופ’ א.מ. קוניין ופרופ’ י. מצנר ז״ל. היא ביצעה את מחקר הפוסט-דוקטורט שלה ב-NIH (המכונים הלאומיים לבריאות של ארה”ב), וב-2005 עלתה בשנית לישראל ומאז היא עומדת בראש המעבדה לתזונה מולקולרית בטכניון. במעבדה נחקרת בקרת מאזן הברזל באיברים שונים ותפקידה בהתפתחות תהליכים פתולוגיים המובילים למחלות מעי דלקתיות, לבעיות בפוריות הגבר ועוד. בהמשך למאמר ב- Blood ימשיכו חוקרי המעבדה ללמוד על תפקידו של פריטין מופרש באורגניזם הבריא ובמחלות שונות ולפתח גישות להתערבות טיפולית בפיזור הברזל ברקמה.

ד”ר טרומן-רוזנצביט סיימה תואר ראשון בביולוגיה בטכניון והתגייסה לחיל הים בתור קצינת מחקר. במהלך שירותה הצבאי במכון לרפואה ימית חקרה רעילות של חמצן במוח באמצעות תאי לחץ מחקריים. במקביל היא השלימה תואר ראשון נוסף בהנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון ולאחר מכן המשיכה לדוקטורט ישיר בהנחיית פרופ’-משנה מירון-הולץ. לאחרונה התקבלה ד”ר מריאנה טרומן-רוזנצביט לתוכנית הלאומית לטוקסיקולוגיה בארה”ב ובימים אלה שוקדת על מציאת מימון ללימודי הפוסט-דוקטורט שלה. לדבריה, “כבר במהלך הדוקטורט התנדבתי ב-NIH בארה”ב בזכות אסתר, והשהות שם הבהירה לי כמה חשוב להיחשף למחקר שנערך בחו”ל. המכון שבו אעשה את הפוסט-דוקטורט נחשב למוביל של תחום הטוקסיקולוגיה בעולם ואני מתכוונת ללמוד, לחקור ולהתפתח בו ככל יכולתי ולהביא את כל הידע לישראל.”