אזורי בקרה

מדעני המכון הצליחו לזהות כמה אלפי “אזורי גיוס” על האר-אן-אי-שליח. “אזורי גיוס” אלה עשויים להוות מעין “בנק מטרות” למיגוון תרופות למחלות שונות.

לאחר פיענוח מבנה הריבוזום, האתגרים הגדולים העומדים לפנינו הם להבין כיצד הריבוזום מגויס למלאכת תרגום הצופן הגנטי לצורך בניית חלבונים; כיצד הוא מבחין בין גנים שונים; וכיצד נגיפים שתוקפים את התא “משעבדים” את הריבוזום התאי כדי ליצור נגיפים חדשים. במחקר שפורסם באחרונה בכתב-העת המדעי Science, מציעים מדעני מכון ויצמן למדע תובנות חדשות בתחומים אלה.

פרופ’ ערן סגל ותלמידת המחקר שירה וינגרטן-גבאי, מהמחלקה למדעי המחשב ולמתמטיקה שימושית, בחנו את אחד השלבים החשובים בתהליך ייצור החלבונים בתא: התחברותו של הריבוזום למולקולת האר-אן-אי שליח. לאחר השלב הזה קורא הריבוזום את המידע הגנטי של האר-אן-אי השליח, ובהתאם לו מייצר חלבון. בתחילתה של מולקולת האר-אן-אי השליח, ובסופה, מצויים רצפים שאינם מקודדים מידע הדרוש לבניית חלבון, אלא משמשים לבקרה על תהליך יצירת החלבון ויציבות האר-אן-אי שליח. פרופ’ סגל וחברי קבוצתו שאלו, כיצד הריבוזום “מגויס” למלאכה, לאילו רצפים הוא נמשך, והיכן רצפים אלה ממוקמים על מולקולת האר-אן-אי השליח.

כדי לבחון את “גיוס” הריבוזום, פיתחו המדענים טכניקה של הנדסה גנטית, אשר איפשרה להם לבנות ולבחון ספרייה של כ-55,000 רצפים גנטיים, שאת הרכבם המדויק קבעו החוקרים. כך נוצר מיגוון גרסאות גנטיות, דבר שאיפשר לבחון במדויק את הרצף (על שרשרת האר-אן-אי שליח) שאליו “מגויס” הריבוזום. חלק מהרצפים הגנטיים האלה היו העתקים מדויקים של גנים מגנום האדם, חלק אחר היה העתקים מהמטען הגנטי של נגיפים, וחלק נוסף היו רצפים מלאכותיים.

עד כה היו ידועים כמה עשרות “אזורי גיוס” על השרשרות המולקולריות של האר-אן-אי שליח, שמוקמו, באופן צפוי למדי, בתחילת הרצף שמקודד מידע לבניית חלבון. אולם, באמצעות בחינת 55,000 הרצפים הצליחו מדעני המכון לזהות כמה אלפי “אזורי גיוס”, שבאופן מפתיע, חלק גדול מהם ממוקם דווקא לקראת סוף הרצף המקודד. ממצא מפתיע זה משנה את צורת תפיסתנו לגבי תהליך התרגום של מולקולת אר-אן-אי שליח לחלבון. כיום ידוע, שהרצף המולקולרי של האר-אן-אי השליח מתעגל, ויוצר מעין לולאה. הממצא של מדעני המכון מרמז, שבמקרים מסוימים הריבוזום יכול להתחיל את תהליך התרגום מהסוף – במקום מההתחלה – ולנוע על גבי הלולאה הנוצרת במסלול מעגלי.

המדענים אומרים, שמידת יכולתו של גן (בשלב האר-אן-אי שליח) “לגייס” ריבוזום וליצור חלבון היא שאלה בסיסית חשובה, שנודעת לה גם משמעות בתחום היישומים הרפואיים. כאשר נגיפים תוקפים תאים בגופנו, הם משתמשים ב”רצפי גיוס” על גבי האר-אן-אי שליח שלהם כדי “לחטוף” את הריבוזום ולבנות חלבונים המשמשים לייצור נגיפים חדשים, על חשבון חלבונֵי התא. אפשר לבלום תהליך זה באמצעות מולקולה של חומר תרופתי, שתיצמד ל”איזור הגיוס” בחומר הגנטי של הנגיף, ותמנע מהריבוזום להתחבר אליו. אם לא יתבצע חיבור, כלומר, אם הריבוזום לא “יגויס”, לא ייווצרו החלבונים הבונים את הנגיף, והמחלה שהוא מחולל לא תתפתח. אלפי “אזורי הגיוס” שהתגלו במחקר זה, במאות נגיפים שונים, עשויים איפוא להוות בנק-מטרות למיגוון תרופות למחלות שונות.

כיצד בדיוק “מגויס” הריבוזום למלאכת הרכבת החלבון, ומה מושך אותו לחלק מסוים על שרשרת האר-אן-אי שליח? שאלות אלה נותרו עדיין בגדר תעלומה.

השתתפו במחקר: תלמידת המחקר שני אליאס-קירמה, ד”ר רונית ניר וד”ר עדינה ויינברגר ממעבדתו של פרופ’ ערן סגל; ד”ר נעם שטרן-גינוסר מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית; תלמיד המחקר אלכסיי גריטשנקו מאוניברסיטת דלפט בהולנד; וד”ר זוהר יכיני מהטכניון ומעבדות “אג’ילנט”.