חוקרים מאוניברסיטת טורונטו גילו דרך חדשה לבחון את האופן בו תאים חיים משתמשים במספר מוגבל של גנים בכדי לייצר כמות עצומה של איברים מורכבים, כמו המוח למשל
הקוד הגנטי של יצורים חיים מורכב מאזורים בעלי תפקידים שונים. האזורים המקודדים ליצירת חלבונים נקראים גנים והם בנויים משני סוגי רצפים: אינטרונים שאינם מקודדים לחלבון, ואקסונים שכן מקודדים לחלבון. לאחר שהרצף מועתק מהגנום לצורת RNA הוא עובר תהליך שחבור (Splicing) בו מחוברים האקסונים זה לזה תוך השמטת האינטרונים מהרצף. בתום התהליך מתקבלת מולקולת mRNA המכילה רק את הקטעים התפקודיים – האקסונים.
כאשר הגנום האנושי רוצף במלואו ב-2004, נמצאו כ-20,000 גנים. יחד עם זאת נמצא כי תאים חיים משתמשים בגנים אלו כדי ליצור מקור עשיר ודינמי יותר של הוראות, המורכבות ממאות ואלפי מסרים גנטיים המכוונים את רוב הפעילות התאית. יצירת המסרים הרבים מתרחשת הודות ליכולתם של האינטרונים להתחבר בסדר שונה וליצור מספר רב של מולקולות mRNA מרצף גן אחד. חשיבותו של מנגנון שכזה היא בהגברת יכולת שמירת המידע בדנ”א, והוא נקרא שחבור חליפי. אף כי השחבור החליפי מוכר כבר כ-30 שנים והידע אודותיו מאפשר לייצר גלאים גנטיים, שבבי דנ”א ועוד, רק עתה הצליחו החוקרים לפתח מנגנון המאפשר לחזות את אופן פעולתו.
במאמר שפורסם ב-6 במאי במגזין Nature תחת הכותרת “Deciphering the Splicing Code” (מפענחים את קוד השחבור), קבוצת חוקרים בראשות פרופ’ ברנדן פריי (Frey) ופרופ’ בנג’מין בלנקו (Blencowe) מאוניברסיטת טורונטו מתארים כיצד קוד נסתר בדנ”א מסביר את אחת התעלומות המרכזיות במחקר הגנטי – השחבור החליפי. התגלית מגשרת על פער בין הבנתנו את הגנום ובין הפעילות המורכבת של התהליכים המתרחשים בתוך התאים, ויכולה יום אחד לסייע לחזות או למנוע מחלות כמו סרטן ומחלות של ניוון מערכת העצבים. פריי, מדמה את התגלית ל”שמיעת תזמורת שלמה מנגנת מאחורי דלת סגורה, וכאשר אתה פותח את הדלת, אתה מגלה רק שלושה או ארבעה נגנים המייצרים את כל המוזיקה”.
כדי לגלות כיצד התאים יוצרים את השונות הנרחבת במידע הגנטי, פריי והפוסטדוקטורט יוסף ברש, פיתחו שיטת ניתוח חדישה באמצעות מחשב המוצאת “מילות מפתח” נחבאות בתוך הגנום היוצרות את “קוד השחבור”. קוד זה כולל את החוקים הביולוגיים המפקחים על האופן בו חלקים שונים של מסר גנטי מועתקים מגן ומשוחברים יחד בדרכים שונות כדי לייצר מסרים גנטיים שונים (mRNA). אחת הדוגמאות שהביא פריי היא של שלושה גנים מסוג neurexin המסוגלים לייצר מעל 3,000 מסרים גנטיים המסייעים לשלוט בחיווט של המוח. בעבר החוקרים לא יכלו לחזות כיצד המידע במסרים הגנטיים יורכב, או ישוחבר, בתוך התא. קוד השחבור שגילו החוקרים הצליח לחזות בהצלחה כיצד מאורגנים המסרים הגנטיים באופן שונה ברקמות שונות. לדברי בלנקו “יכולתו של הקוד לחזות באופן כה מדויק בקנה מידה גדול הוא צעד משמעותי קדימה בתחום”.
המעבדה של החוקרים משלבת הנדסה עם רפואה והם מייחסים את ההצלחה לשילוב בין יכולות התכנות וההבנה הביולוגית של חברי הצוות.
9 תגובות
עוד קצת על סוגי דם ואללים:
http://www.biology.arizona.edu/human_bio/problem_sets/blood_types/markers.html
רענן ור.ח.,
החוקרים לא גילו רצפים המעורבים בשחבור אלא רק את הקומבינציות של רצפים אלה הקובעות את השחבור בארבע רקמות שונות. הם אמנם לא פתרו את קוד השחבור (וכותבר המאמר היא למעשה “פיענוח קוד השחבור” במובן של תהליך פיענוח – עוד אין פיתרון אך הם עשו קפיצה משמעותית בדרך לפתרון הקוד)
רענן – בנוסף לגורמים המשפיעים על השחבור שכתב ר.ח. גם מוטציה (אפילו באות אחת) או שונות טבעית (פולימורפיזם) ברצף של גן מסוים יכולים להשפיע על השחבור של הגן
השונות בין בני אדם לא נובעת (לפחות ברוב המוחלט של המקרים) מגנים שונים אלא מצורות, וריאנטים, שונים של אותו גן. צורות אלה קרויות אללים. למשל, סוג הדם נקבע על ידי גן בעל שלושה אללים – A, B או O – ולכל אדם יש שני אללים של סוג דם אחד שהוא מקבל מאימו ואחד מאביו. לפעמים ההבדלים בין האללים משפיעים על השחבור שלהם.
רענן,
שחבור חליפי יכול להיות מושפע מהמון גורמים. למשל:
1) רקמות שונות, בכל רקמה ייווצר חלבון שונה מאותו גן, או שהיחס בין תוצרי השחבור השונים יהיה שונה בין הרקמות.
2) שלב ההתפתחות – עובר למשל לעומת בוגר
3) השפעות סביבתיות – תאי מערכת חיסון שעברו שפעול (אקטיבציה) כתוצאה מזיהום יכולים ליצור שחבור שונה.
לכן יש מורכבות רבה מאד ולדעתי ההצהרה “פתרנו את קוד השחבור” היא קצת יומרנית מדי ומטרתה יותר פרסומית מאשר מדעית. היו צריכים להגיד לדעתי מצאנו חוקיות מסויימת ורצפים המעורבים בשחבור, אבל אז זה לא היה מופיע מן הסתם בכל אותם אתרים כולל הידען שהזכירו את הגילוי.
ומה קובע איזה קוד שחבור יש לכל אחד?קוד השחבור שיצר את המוח של איינשטיין שונה משל האדם הממוצע? או שהשונות במוחות נובעת מגנים שונים? הסביבה יכולה להשפיע על קוד השחבור?
רענן:
המנגנון הפיזי המבצע בכל תא ותא את השחבור הוא הספלייסוזום (Spliceosome) שהוא קומפלקס של חלבונים ו-RNA. הספלייסוזום “יודע” איזה אינטרונים צריך להוציא ואיזה אקסונים יש להשאיר לאחר השחבור (חלק מהתהליך בו תעתיק mRNA ראשוני הופך ל-mRNA בשל) על פי רצפים קצרים מיוחדים הקיימים באקסונים ובאינטרונים.
החוקרים אספו נתונים, שפורסמו בעבר, על השחבור החליפי בארבע רקמות שונות בעכבר ובדקו איזה מהרצפים הידועים שהוזכרו לעיל מופיעים באקסונים העוברים שחבור חליפי ובאינטרונים הסמוכים להם, ומה היחס בין רצפים מיוחדים אלה.
בעזרת מחשב החוקרים הצליחו לגלות קומבינציות שונות של הרצפים המתאימות לסוגי שחבור חליפי שונים ומאפשרות לחזות את סוג השחבור החליפי, את סוג האקסונים, שיופיע בכל אחת מארבע הרקמות.
הקוד שהחוקרים גילו הוא למעשה הקומבינציה של הרצפים המיוחדים. קוד זה מאפשר לחזות כיצד יורכב ה-mRNA הבשל של כל גן ברקמות השונות, ומה יהיה החלק היחסי של כל מולקולת mRNA המורכבת מאותו גן. כלומר, הם יכולים לחזות כי בגן מסויים כל התעתיקים במוח יהיו כאלה המכילים את כל האקסונים, אך שאותו גן בשריר יתועתק לשני תעתיקים שונים – רוב התעתיקים יהיו כמו אלה שבמוח אך בחלקם יחסר האקסון השני (למשל).
לא זה ולא זה. ה”קוד” אלה רצפים ברנ”א, אליהם מתחברים גורמים פיסיים היודעים “לקרוא” את הרצף הספציפי הזה, ולבצע פעולות על גבי הרנ”א שיגרמו לחיתוכו ושחבורו בצורה שונה בכל רקמה.
קוד השיחבור זה תיאוריה על איך פועל התהליך השחבור? או מנגנון פיזי בגוף שמבצע את השחבור ?
לוטם, תרגום משובח של ההודעה האוניברסיטאית המעניינת! הבעיה שזו חסרה את המידע העיקרי. הלכתי למאמר ומסתבר שאכן קשה לתאר במילים פשוטות את התוצאה כי מסתבר שה”קודים” מצויים גם באינטרונים משני צידי האקסון וגם באקסון עצמו (שיכול להיהפך לאינטרון בשחבור חליפי…). המנגנון, בכל מקרה, לא פוצח עדיין. מה שברור הוא כי מספר גדול של “קודים” פיסיים ברצף הדנ”א דרושות על-מנת להשיג שחבור מבוקר-רקמה.
כל הכבוד לחוקרים!
בהצלחה לחוקרים. ובנושא פילוסופי מה בעצם אפשר להסיק על האבולוציה העתידית של המין האנושי מעצם המשחק והנטייה שלנו לרצות את הצאצאים המוצלחים ביותר?