כיצד אפשר לאתר את נקודות החיבור הזעירות בין אברוני התא?
שׁוּם אָדָם אֵינֶנּוּ אִי, כֻּלוֹ מִשֶּׁל עַצְמוֹ; כָּל אָדָם הוּא פִּסָּה מִן הַיַּבֶּשֶׁת, חֵלֶק מֵאֶרֶץ רַבָּה”, כתב המשורר האנגלי ג’ון דאן במאה ה-17 (תירגם לעברית: רמי דיצני). בדומה לכך, גם האברונים – המבנים הביולוגיים שמהם מורכב התא החי – אינם איים נפרדים המשייטים בנוזל התא, כל אחד לעצמו. בעזרת שיטה ייחודית חשפו מדעני מכון ויצמן למדע נקודות חיבור והשקה חדשות בין אברוני התא אשר נקשרים זה לזה באמצעות “רצועות” זעירות. תוצאות המחקר פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Communications.
האברונים הם חלקים נבדלים של התא, כל אחד מהם מוקף קרום, ולכל אחד תפקיד ייחודי: הגרעין מכיל את החומר הגנטי שלנו, המיטוכונדריה ממירה אנרגיה, הרשתית התוך-פלזמית ממיינת חלבונים המיועדים להפרשה, הליזוזומים מפרקים חלבונים, וכן הלאה. במחקר קודם גילתה פרופ’ מאיה שולדינר, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, כמה נקודות חיבור בין אברונים. עם זאת, בשל ממדיהן הקטנים – רק כמה עשרות ננומטרים אורכן – נקודות החיבור אינן נראות לעין בתמונות מיקרוסקופ רגילות, ולפיכך קשה לאתר את כל הנקודות אשר משערים כי הן קיימות.
פרופ’ שולדינר, יחד עם מדענית הסגל, ד”ר עינת זלצקבר, ותלמיד המחקר נדב שי, החליטו לנקוט גישה חדשה לאיתור נקודות החיבור, באמצעות חלבון פלואורסצנטי. המדענים ציפו במחצית מהחלבון את אחד האברונים בתא שמר, ואת מחציתו השנייה חיברו לאברונים אחרים בתא. כאשר שני קרומי אברונים באו במגע זה עם זה, יצרו שני החצאים חלבון אחד שלם – וזוהר, שאפשר לראותו במיקרוסקופ פלואורסצנטי רגיל. היות שתאי השמר גדלים במעבדה של פרופ’ שולדינר בתוך אלפי “באריות”, ונסרקים במיקרוסקופ באופן אוטומטי, איפשרה שיטה זו לא רק לאתר נקודות מגע בין מספר אברונים שונים, אלא גם לסרוק את כל החלבונים בשמרים בניסיון לאתר “רצועות” חיבור פוטנציאליות.
“אם עד לפני שנים ספורות חשבנו שאברונים צפים בתוך ‘המרק’ של התא, תוך שהם אוספים מסרים צפים ב’מרק’ הזה, כעת אנו יודעים שלכל אברון יש מיקום משלו בתא, ומיקום זה נקבע על-ידי רשת ‘רצועות’ אשר משמשת גם אמצעי ישיר למעבר חומרים במגע פיסי”
בדרך זו הצליחו החוקרים למפות את הקשרים הפיסיים בין כמה אברונים עיקריים, ולמצוא ארבע נקודות חיבור חדשות לגמרי. “מצאנו שכל האברונים שתייגנו מסוגלים לקיים קשרים עם כל האחרים”, אומר שי. “הרצועות שמחברות בין האברונים מארגנות את התא ומקצות מיקום לאברונים השונים. לדוגמה, שני אברונים שצריכים לעבוד בשיתוף פעולה הדוק, יהיו באופן טבעי קשורים יחד באיזור מסוים של התא. יתר על כן, החיבור באמצעות הרצועות מסתמן כדרך יעילה להעביר מאברון לאברון חומרים או מסרים שעלולים להיות מזיקים אם יגיעו למקום הלא-נכון”.
בהמשך החליט צוות המחקר לבחון נקודת חיבור ספציפית, זו אשר מקשרת בין אברון הפרוקסיזום למיטוכונדריה. הפרוקסיזום מפרק שומנים, הן לצורך שימוש בהם כחומרי גלם להמרת אנרגיה במיטוכנדריה והן לצורך סילוק שומנים רעילים מהתא. כך למשל, השומנים שמהם מורכב ציפוי המיאלין על גבי תאי עצב עלולים להיות רעילים אם תהיינה כמויות גדולות שלהם. וכך, אם הפרוקסיזום אינו מתפקד כהלכה בתאים המייצרים את שכבת המגן, עלול הדבר לגרום פגיעות עצביות קשות, ופעמים רבות אף למות החולה. ככלל, “מחלות פרוקסיזומליות” – כמו למשל X-ALD המתוארת בסרט הקולנוע “השמן של לורנצו” – הן מחלות גנטיות שֶיֵש להן השלכות הרסניות.
רוב השומנים המפורקים מועברים ישירות אל המיטוכונדריה. מכאן שהפרוקסיזום זקוק לדרך יעילה לחבור אל ממירת האנרגיה של התא. קבוצת המחקר הצליחה לזהות שני גנים אשר מייצרים את ה”רצועות” המחברות בין המיטוכונדריה לפרוקסיזום. בעזרת צוות מומחים למחלות פרוקסיזומליות מהמרכז הרפואי של אוניברסיטת אמסטרדם, הולנד, זיהתה הקבוצה את תפקיד נקודת החיבור: העברת תוצרי פירוק השומנים אל המיטוכונדריה לצורך שימוש בהם. מן המחקר עלה, איפוא, שמחלות פרוקסיזומליות מסוימות הן למעשה הפרעות בחיבור, כלומר מצב שבו הפרוקסיזום אינו מסוגל להעביר את תוצרי פירוק השומן ליעדם.
“כשמדובר בתיפקודים בסיסיים”, מסבירה ד”ר זלצקבר, “תאי שמרים זהים כמעט לתאים שלנו. כך שסביר להניח שאת הקשרים ואת השלוחות שראינו בתאי שמר אפשר למצוא גם אצלנו. יתרון נוסף הוא, ששמרים קל מאוד לגדל, יש להם פחות גנים, וקיים מחקר רב ומקיף ביחס אליהם. לאחר שאנחנו מזהים מה תפקיד החלבונים בתאי שמר, אנחנו יודעים היכן לחפש אותם בתאי אדם”. שי מוסיף: “מעבדות רבות כבר אימצו את השיטה שלנו כדי לגלות קשרים תוך-תאיים חדשים. היות שהשיטה מתבססת על כלים הנמצאים ברוב המעבדות, ולאור העובדה שהיא תקפה גם לגבי תאי אדם, אנחנו מאמינים שהיא תועיל מאוד לחוקרי גנטיקה וביולוגיה של התא”.
“גילוי אתרי-קשר בתוך התא בשנים האחרונות פקח את עינינו”, מספרת ד”ר זלצקבר. “אם עד לפני שנים ספורות חשבנו שאברונים צפים בתוך ‘המרק’ של התא, תוך שהם אוספים מסרים צפים ב’מרק’ הזה, כעת אנו יודעים שלכל אברון יש מיקום משלו בתא, ומיקום זה נקבע על-ידי רשת ‘רצועות’ אשר משמשת גם אמצעי ישיר למעבר חומרים במגע פיסי”. פרופ’ שולדינר מוסיפה: “הבנת אופן הארגון של אברוני התא וקשרי הגומלין ביניהם חוללה מהפכה בתחום הביולוגיה של התא. אנו מאמינים, כי השיטה החדשה שפיתחנו לחשיפת נקודות חיבור בין אברונים תוביל מדענים בשנים הקרובות לנתיבים חדשים ומעניינים”.
עוד בנושא באתר הידען:
תגובה אחת
ה”רצועות” הן מיקרוטובולין? אם לא ממה הן עשויות?
האחרונים מתקרבים ומתרחקים בעזרת האי יציבות (פרוק חיבור) של הסיבים?