מחקר חדש באוניברסיטת תל אביב מעלה השערה כי שיבוש בפעילות מוחית בתדר גבוה עלול לגרום לאלצהיימר

המחקר שהתפרסם השבוע בכתב העת Nature Neuroscienceזכה במענק היוקרתי בסך 2 מיליון אירו מטעם מועצת המחקר האירופית (ERC)

נכון להיום, אין פתרון למחלת אלצהיימר בעולם. “כבר למעלה מעשור שכל הניסיונות ליצור תרופות למניעת הידרדרות הזיכרון כשלו”, אומרת ד”ר אינה סלוצקי, ראש הקבוצה לחקר הפלסטיות הסינפטית בפקולטה לרפואה ובבית הספר סגול למדעי המוח של אוניברסיטת תל אביב. “הקרקע בהחלט בשלה לכיוונים חדשים במחקר, ואני מאמינה שהתשובות נמצאות בתהליכים בסיסיים שמתרחשים במוח.”

על פי תפיסה זו עוסקת מעבדתה של ד”ר סלוצקי במחקר בסיסי, ובשנת 2009 גילתה את תפקידו הפיזיולוגי של החלבון עמילואיד-בטא, שהוא המרכיב העיקרי במשקעים המאפיינים את מוחם של חולי אלצהיימר. לאחרונה חשפה הקבוצה מנגנונים פיזיולוגיים המווסתים הרכב מולקולרי של עמילואיד-בטא, שיש לו משמעות בהתפתחות המחלה. החוקרים מאמינים כי הממצאים החדשים יאפשרו לאתר את השיבושים הראשוניים המתרחשים במוחם של אנשים העתידים ללקות באלצהיימר – שנים רבות לפני תחילת הירידה הקוגניטיבית.

המחקר, בראשותה של ד”ר אינה סלוצקי, הובל על ידי הפוסט-דוקטורנט יפתח דולב ותלמידת המחקר הילה פוגל. הממצאים התפרסמו לאחרונה בכתב העת המדעי
Nature Neuroscience.

הצעת המחקר של ד”ר אינה סלוצקי זכתה במענק יוקרתי בסך שני מיליון אירו מטעם ERC European Research Council) ) .

המחקר העולמי עד היום

עד היום התמקדו חוקרים בעולם בחקר האלצהיימר המשפחתי – מחלה גנטית נדירה אך נגישה יחסית למחקר, שמתפרצת כבר בשנות ה-40 לחייו של החולה. הם הצליחו לגלות
כ-150 מוטציות גנטיות הגורמות למחלה, שרובן מרוכזות בשני חלבונים: APP (Amyloid Precursor Protein) – שממנו נוצרים חלבוני עמילואיד-בטא; ופרסנילין (Presenilin)– המעורב בחיתוך האחרון של ה- APP ליצירת עמילואיד-בטא. החיפוש אחר תרופה למחלה התמקד בעיקר בדרכים להפחתת צורות רעילות של העמילואיד, אך לא הביא עד כה לתוצאות המקוות.

עמילואיד קצר, עמילואיד ארוך

האלצהיימר מהסוג הנפוץ הוא אלצהיימר ספוראדי (אקראי), שמופיע בגיל מבוגר ואחראי
לכ-99% מאוכלוסיית החולים בעולם. כדי למצוא את הגורמים לאלצהיימר ספוראדי, בחרה ד”ר סלוצקי לחקור את הקשר בין פעילותן של רשתות עצביות במוח לבין הרכבו של העמילואיד-בטא שנוצר בתאי המוח.

“מולקולות העמילואיד-בטא המיוצרות במוח מופיעות במספר גדלים – מ-39 ועד 43 חומצות אמינו,” מסבירה ד”ר סלוצקי. “עמילואיד המורכב מ-40 חומצות אמינו (קצר) הוא הנפוץ ביותר, בעוד שעמילואיד בן 42 חומצות אמינו (ארוך), הוא זה שנוטה להצטבר וליצור את המשקעים. כ-100 מהמוטציות הקשורות לאלצהיימר משפחתי משבשות את האיזון בין שני סוגי העמילואיד, לטובת העמילואיד הארוך. ברוב המקרים, הן מביאות לייצור יתר של עמילואידים ארוכים, אך לעתים לייצור מופחת של עמילאודים קצרים. שיבוש האיזון הוא למעשה הגורם לתחילתה של מחלת האלצהיימר. השאלה הגדולה היא מה גורם לשיבוש אצל חולי אלצהיימר ספוראדי – אנשים שאינם נושאים מוטציות משפחתיות למחלה.”

כדי למצוא תשובות ערכו החוקרים במעבדה של ד”ר סלוצקי סדרת ניסויים. הם ביקשו להבין כיצד מווסת המוח הבריא את היחס בין העמילואיד הקצר לארוך, ולברר אם האיזון בין שני הסוגים מושפע על ידי גורמים סביבתיים וחוויות חושיות.

יפתח דולב בחן את פעילות התאים בהיפוקמפוס של חולדות בריאות – אותו אזור מוחי הקשור לזיכרון ולמידה, ונפגע במחלת אלצהיימר. יפתח נתן לפרוסות היפוקמפוס גירויים חשמליים, המחקים את הפעילות החשמלית שמתרחשת במוח כתוצאה מגירויים סביבתיים. ככל שגברה כמות הגירויים בתדרים נמוכים, גבר ייצור העמילואיד-בטא, אך היחס בין המולקולות הארוכות (42 חומצות אמינו) לקצרות (40 חומצות אמינו) לא השתנה. “ואז ניסינו לשנות את הדפוס, ה-pattern, של הגירויים החשמליים, וקיבלנו תוצאות מרתקות,” אומר יפתח. “נתנו לרשת ההיפוקמפוס מספר זהה של גירויים חשמליים, אך הפעם הגירויים היו מסודרים במקבצים קצרים בתדר גבוה (bursts). התוצאה הייתה עלייה משמעותית בכמות החלבון הקצר בהשוואה לארוך – כלומר תהליך הפוך לזה המתרחש אצל חולי אלצהיימר.” חשוב לציין כי כבר ידוע שאותם מקבצי אותות בתדרים גבוהים חשובים מאוד בתהליכים מוחיים של עיבוד וקידוד מידע.

בדיקה של הסינפסות – האזורים המקשרים בין תאי העצב במוח ומעבירים מידע מתא אחד למשנהו – העלתה כי גם לתכונות שלהן יש ככל הנראה חלק בנטייה לאלצהיימר. החוקרים גילו כי סינפסות שנותנות עדיפות להעברה של אותות בתדרים גבוהים, מעלות את כמות העמילואיד הקצר בהשוואה לארוך. במילים אחרות: הן יוצרות השפעה הפוכה מזו של מוטציות משפחתיות הגורמות לאלצהיימר.

הפרסנילין מאריך ומקצר

בשלב הבא בדקו החוקרים מהו המנגנון הגורם לשינוי היחס בין עמילואידים קצרים לארוכים. החוקרת הילה פוגל התמקדה בחלבון פרסנילין, הקובע את אורכם של חלבוני עמילואיד-בטא, וגילתה כי מבנה הפרסנילין רגיש לדפוס העברת האותות החשמליים. פרץ של אותות בתדרים גבוהים גורם לשינוי המבנה של פרסנילין, שעובר למצב פתוח – השפעה הפוכה מזו של המוטציות שגורמות לאלצהיימר משפחתי, שמעבירות את הפרסנילין למצב סגור. “לראשונה הראינו שגורם שאינו גנטי משפיע על מבנה הפרסנילין, ומכאן גם על הרכב העמילואיד-בטא,” אומרת הילה. מדובר בממצא משמעותי בחקר האלצהיימר, המהווה צעד חשוב בדרך לאיתור הגורמים לאלצהיימר הספוראדי, הפוגע במיליוני בני אדם ברחבי תבל.

גורם סביבתי לאלצהיימר?

האם התופעות המוחיות שחשף המחקר עד כה יכולות לנבוע מגורמים סביבתיים? במילים אחרות: האם ייתכן שהסביבה בה אנו חיים משפיעה על התפתחות מחלת האלצהיימר? כדי לענות על שאלה זו בחרו החוקרים לשנות באופן קיצוני את הסביבה והחוויה החושית של חולדות צעירות ובריאות, המצויות בשלב קריטי בהתפתחותן. הם הניחו את החולדות בתאים חשוכים, ובדקו את השפעתו של החסך החושי על תכונות המסנן הסינפטי, ומכאן על היחס בין העמילואיד הקצר לארוך. הממצאים המפתיעים: הסינפסות בהיפוקמפוס של החולדות השרויות בחשיכה העדיפו להעביר פרצי אותות בתדר גבוה, דבר שגרם לייצור של יותר עמילואיד מהסוג הקצר.

“לראשונה הראינו שחוויה חושית יכולה להשפיע על סינון האותות בסינפסות בהיפוקמפוס ועל ההרכב של עמילואיד-בטא,” מסכמת ד”ר סלוצקי. “על סמך ממצאינו אנו משערים כי ייתכן שבגיל המבוגר מתחוללים שינויים בתבנית האותות ו/או בתכונות הסינפסות, שגורמים לירידה בהעברה של פרצי האותות בתדר גבוה במוח. מצב זה מביא ככל הנראה לירידה בעמילואיד הקצר ביחס לארוך, שגורמת בסופו של דבר לתסמינים הקשים שאנו מכירים כמחלת האלצהיימר. כדי לבחון את השערותינו, אנו מתחילים כעת מחקר במודל של עכברים לאלצהיימר, שיבחן אם ניתן למנוע את הידרדרות הזיכרון על ידי תיקון תכונות המסנן בסינפסות של ההיפוקמפוס.” מדובר במחקר בסיסי שעשוי להביא בעתיד לפריצת דרך גם במחקר היישומי, המחפש דרכים לאבחן, למנוע ולרפא את המחלה.

במחקר השתתפו גם תלמידות המחקר הילה מילשטיין ונטע גזית והחוקר ד”ר יבגני ברדיצ’בסקי ממעבדתה של ד”ר סלוצקי, ופרופ’ נילס ברוס ונועה ליפשטיין ממכון מקס-פלאנק בגרמניה.