כיצד יודעים תאי המוח העובריים מה הם רוצים – או צריכים – להיות, לכשיגדלו?

מוחם של דגי הזברה מכיל כמה עשרות תאי עצב מייצרי-דופמין בלבד (בהשוואה למאות אלפי תאים במח האנושי), דבר שמאפשר לחקור תהליכים המתחוללים בתאים בודדים

כיצד יודעים תאי המוח העובריים מה הם רוצים – או צריכים – להיות, לכשיגדלו? מדענים שמבקשים להבין כיצד גוש חסר צורה של תאים עובריים מתפתח והופך למבנה המורכב והמשוכלל הקרוי “המוח האנושי”, ניצבים לפני “קופסה שחורה”: התפתחות המוח העוברי היא סמויה מן העין, מוסתרת, בין היתר, מאחורי גולגולת העובר ורחם האם. לפיכך פונים החוקרים ולומדים על התהליכים האלה באמצעות יצורים אחרים. “דג הזברה הוא מודל מצוין”, אומר ד”ר גיל לבקוביץ מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון ויצמן למדע. “זהו בעל-חיים בעל חוליות – כמונו,

בני-האדם. עם זאת, עובר דג הזברה מתפתח בביצה שקופה, מחוץ לגוף האם, כך שניתן לצפות באמצעות מיקרוסקופ בתאי המוח כשהם לובשים צורה”. ד”ר לבקוביץ חוקר כיצד נוצר המוח, כיצד מתעצבים חלקיו, וכיצד תאי העצב השונים רוכשים את זהותם בעזרת שיטות גנטיות המאפשרות לו להתערב בתהליכים המולקולריים המתרחשים בתאי העוברים. “בית החרושת” לביצי דגים שבמעבדתו מייצר מיגוון דגים מוטנטים, שבאמצעותם הוא בוחן ומזהה גנים ומולקולות הממלאים תפקידים מרכזיים בתהליכי התפתחות המוח. בנוסף, שיטות לסימון תאים וחלבונים מאפשרות למדענים לעקוב אחר התפתחות המוח בזמן אמיתי באמצעות מיקרוסקופ פלואורוסצנטי. “אנחנו מנהלים מעקב בחמישה ממדים: אורך, רוחב, עומק, מימד הזמן, ומימד חמישי שמתייחס לסוגים שונים של תאים ולאזורים בהם הם מתפתחים – אותם אנו מסמנים בצבעים שונים באמצעות חלבונים פלואורסצנטיים המוחדרים לגנום בשיטות גנטיות”, אומר ד”ר לבקוביץ.

מחקריו של ד”ר לבקוביץ מתמקדים בהתפתחותם העוברית (התמיינות) של תאי עצב במוח המייצרים מוליכים עצביים (נוירוטרנסמיטרים) מסוגים שונים. במחקר שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Development התמקדו ד”ר לבקוביץ וחברי קבוצתו בתאים המייצרים דופמין – שליח עצבי אשר ממלא תפקיד חשוב במנגנוני תחושת סיפוק (ולכן מעורב גם בהתמכרויות), ובפעילות מוטורית ורגשית. פעילות בלתי תקינה של המערכת האחראית על הייצור והשימוש בדופמין עלולה לגרום למחלות כמו פרקינסון וסכיזופרניה. מוחם של דגי הזברה מכיל כמה עשרות תאי עצב מייצרי-דופמין בלבד (בהשוואה למאות אלפי תאים במח האנושי), דבר שמאפשר לחקור תהליכים המתחוללים בתאים בודדים המבצעים מטלות מוגדרות. ד”ר לבקוביץ מנסה להבין מה קובע את מספר התאים מייצרי הדופמין. את הרמז הראשון לתשובה קיבל במחקרו הבתר-דוקטוריאלי. אז גילה כי פגיעה בגן מסוים, הקרוי fezl, מפחיתה את מספר התאים מפרישי הדופמין במוח הדג.

במחקר הנוכחי, בו השתתפו תלמידי המחקר ניבה רוסק-בלום ועמוס גוטניק, יחד עם ד”ר הלית נאבל-רוזן וד”ר ז'אנה בלכמן, וכן חוקרים מקינגס קולג' בלונדון ומאוניברסיטת יוטה, סרקו המדענים שורה של גנים שמשתתפים בעיצוב מבנים שונים במוח, ובדקו האם הם משפיעים על מספר התאים מייצרי הדופמין. כך גילו, כי עיכוב בפעילות חלבון הקרוי Wnt, הידוע כמעורב בתהליכי התפתחות תקינים ובהתפתחות גידולים סרטניים, מעלה את מספר התאים מייצרי הדופמין. עוד התברר, כי Wnt מפקח על פעילותו של הגורם המוכר, Fezl. “כך שכרגע ידועים לנו שני גורמים, אחד מגדיל את מספר התאים והשני מפחית אותו, והאיזון שביניהם הוא שקובע את מספר התאים המדויק”, אומר ד”ר לבקוביץ. “עם זאת, אנחנו עדיין לא מבינים את המנגנון בשלמותו, ונכון להיום, אנו מחפשים מולקולות וגנים נוספים אשר מעורבים בתהליך”.

המדענים גם הצליחו לאתר את המיקום המדויק באיזור העוברי המכיל את תאי הגזע העצביים שממנו נוצרים ומתפתחים התאים מייצרי הדופמין. מתברר, כי מספרם המדויק של תאים אלו נקבע בשלב עוברי מוקדם הרבה יותר ממה שמקובל היה לחשוב עד כה. מחקרים שמטרתם לפתח שיטות עתידיות לטיפול במחלות עצבים ניווניות, כמו פרקינסון, מתבססים על ניסיונות להשתיל תאי גזע עיצביים חדשים במוחם של החולים. לכן סבור ד”ר לבקוביץ, כי הבנת המנגנונים העובריים אשר מבקרים את יצירת תאי עצב מייצרי הדופמין עשויה לסייע בטיפול באנשים הסובלים מניוון תאי העצב מסוג זה, כמו חולים במחלת פרקינסון.

בקיצור: השאלה: מה קובע את מספר התאים מייצרי הדופמין במוח בתהליכי ההתפתחות העוברית?
הממצאים: אותר המקום המדויק שבו נוצרים התאים מייצרי הדופמין, והתגלה כי עיכוב בפעילותו של חלבון מסוים מעלה את מספרם.