חוקרים מאוניברסיטת רוקפלר חשפו את נוכחותו של בסיס חדש בדנ"א, אשר עשוי לקחת חלק בהחלטה אלו גנים יעברו ביטוי ואלו יושתקו * גילוי הבסיס החדש מאלץ את החוקרים בתחום האפיגנטיקה לשחזר, הלכה למעשה, כמעט את כל מחקריהם.
עוד בזמן לימודי בטכניון למדתי את האמת הפשוטה והבסיסית מכולן: הקוד הגנטי, שמכיל את כל הגנים שלנו, מורכב מארבע אותיות בלבד. אותיות אלו מכונות בחיבה A, C, T ו- G. אך עתה הגיע הזמן לכתוב את תנ"כ הדנ"א מההתחלה, ולברך את הבסיס החדש בשכונה, שעומד לעשות מהפיכה בתחום האפיגנטיקה וחקר הדנ"א.
הקוד הגנטי מכיל את ההוראות ליצירת חלבונים, והחלבונים הם היוצרים את התאים ועושים בהם את העבודה השחורה. אך בעשרות השנים האחרונות הגיעה הקהילה המדעית להבנה שהקוד הגנטי אינו מספיק בפני עצמו להסביר את ההבדלים שבין תולעים, עכברים, קופים ובני-אדם. אחרי הכל, לכולם יש בערך את אותה כמות של חומר גנטי. אם זה לא מספיק, מסתבר שכל ההבדל שבין השימפנזים ובני-האדם מסתכם ברמת הדנ"א בערך באחוז אחד של שוני.
מדע האפיגנטיקה מסביר את ההבדל בין המינים באמצעות רמה נוספת של מורכבות – 'מעל הגנטיקה'. הקוד הגנטי אמנם מכיל את ההוראות ליצירת חלבונים, אך כדי לקרוא את ההוראות ולהכניס אותן לשימוש, יש צורך בחלבונים יחודיים אשר בוחרים איזה חלק בקוד יקראו. זוהי הרמה הנמצאת מעל הקוד הגנטי, ואם רמה זו משתבשת, הרי שכל ההוראות שבקוד הגנטי אינן שוות דבר. אם גן קיים בדנ"א, אך אינו עובר שעתוק ותרגום על-ידי החלבונים, הרי זה כאילו לא היה בדנ"א מלכתחילה.
חלק מההבדלים בין המינים מוסברים, לפיכך, באמצעות הבקרה הדינמית על קריאת הגנים ותרגומם לחלבונים, ולא רק באמצעות הגנים עצמם. ואיך מחליטים החלבונים אלו גנים ישועתקו ואלו יישארו משותקים? לשם כך קיים אנזים חלבוני הנקרא דנ"א מתיל-טרנספראז, אשר מסוגל להצמיד מולקולת מתיל לאחת מהאותיות המרכיבות את הקוד הגנטי, המכונה ציטוזין – C. לאחר הצימוד, מתקבלת אות (או בשמה המדעי, בסיס) יציבה הנקראת 5-מתיל-ציטוזין. אם אות חדשה זו מופיעה בתחילת הגן, הרי שאותו גן יעבור השתקה ולא יתורגם לחלבון.
בתופעה זו, המכונה מתילציה, מושתקים גנים באמצעות צימוד של מולקולה פשוטה אחת לדנ"א. היא מתרחשת בכל שלבי החיים, אך בעיקר בשלבי ההתפתחות המוקדמים ביותר עוד ברמת העובר. השתקת הגנים מסייעת לקבוע כיצד יתמיינו תאי גזע עובריים לסוגי תאים שונים, מהם יתפתחו כלל הרקמות, האיברים ומערכות הגוף. גם לאחר הלידה מתרחשת המתילציה בתאינו באופן בלתי-פוסק, וכדוגמא לכך הדגים ניסוי מהזמן האחרון כיצד גורים המקבלים טיפול אמהי אוהב, מפתחים תבניות מתילציה ייחודיות המועברות בתורשה לאורך הדורות.
ברור לפיכך מדוע האות ה- 'חמישית' הדנ"א – המתיל-ציטוזין – קיבלה תשומת לב שכזו לאחרונה. אך עתה מסתבר שקיים בסיס חדש נוסף בדנ"א המסוגל להשפיע על שעתוק הגנים. בסיס זה הוא 5-הידרוקסי-מתיל-ציטוזין, שעד עתה אובחן רק בצורות החיים הפשוטות ביותר – וירוסים המתקיפים חיידקים. עתה התגלה בסיס זה בתאי העצב שבמוחותיהם של עכברים.
מהו תפקידו של הבסיס החדש? זוהי תעלומה שעדיין לא פוענחה, אך מבדקים ראשוניים רומזים שהוא עשוי לשחק תפקיד חשוב בפתיחה מחדש של גנים שנחסמו לקריאה. במאמר אשר עומד להתפרסם בכתב העת המדעי Science, חושפת קבוצת חוקרים את קיומם של אנזימים אשר מתמירים את הבסיס 5-מתיל-ציטוזין (המשתיק) ל- 5-הידרוקסי-מתיל-ציטוזין, שהוא הבסיס החדש שהתגלה. אותם אנזימים מרמזים כי קיימת מערכת דינמית אשר משתיקה ומעוררת גנים לפי דרישה בדנ"א.
המאמר אודות הבסיס החדש התפרסם ביום חמישי האחרון בכתב העת המדעי Science, ועתיד לעורר מהפיכה בתחום האפיגנטיקה. אך מדוע התגלה הבסיס החדש רק עתה? נתניאל היינץ, אחד מעורכי המחקר וראש המעבדה לביולוגיה מולקולארית באוניברסיטת רוקפלר, הסביר שהאשמה תלויה במתודולוגיות הנמצאות בשימוש ברוב הניסויים האפיגנטיים. המבדקים בהם משתמשים מדענים כדי לזהות את האיזורים בהם עבר הדנ"א מתילציה והשתקה, אינם מבדילים בין הבסיס הישן – 5-מתיל-ציטוזין – לבין הבסיס החדש שהתגלה – 5-הידרוקסי-מתיל-ציטוזין. מגבלה זו הסתירה נוכחות הבסיס החדש מזה שנים רבות.
מה משמעות התגלית? גילוי הבסיס החדש מאלץ את החוקרים בתחום האפיגנטיקה לשחזר, הלכה למעשה, כמעט את כל מחקריהם. אם בעבר חשבו החוקרים כי קיים רק בסיס אחד המשפיע על השתקת הגנים, הרי שעתה קיים בסיס נוסף. כדי להבין טוב יותר את הדרך בה משועתק הדנ"א ונקרא, יש צורך להבין כיצד משפיע הבסיס החדש על שיעתוק הדנ"א, וכיצד הוא משתלב עם מערכת המתילציה והדה-מתילציה שבתא. הבנה טובה יותר של התהליך תביא, באופן בלתי-נמנע, לפיתוח תרופות חדשות, ולהבנה טובה יותר של מחלות גנטיות ומטבוליות.