שונות מפתיעה בין הגנומים של נוירונים בודדים באותו מוח

"בניגוד למה שחשבו פעם, ההרכב הגנומי של הנוירונים במוח אינו זהה, אלא מורכב מעבודת טלאים של DNA" אומר פרד גאג', ראש המרכז לחקר המחלות העצביות הקשורות לזקנה במכון סאלק.

גנטיקה. איור: shutterstock
גנטיקה. איור: shutterstock

היינו בטוחים שבכל תא בגוף האדם נמצא אותו קוד גנטי, DNA, ושהדרך היחידה שבה הגוף פועל לגיוון התאים היא שכל תא יכול לקרוא רק את הקוד הדרוש לתפקוד והגדרת אותו סוג תא.

הדבר נכון לגבי רוב סוגי התאים בגוף, ואולם מדובר בהפשטת יתר. מחקרים בגנום של העצבים שפורסמו בעשור האחרון הראו כי ישנם כרומוזומים עודפים או חסרים, או שפיסות DNA העתיקו והדביקו את עצמן בכל רחבי הגנום.

הדרך היחידה לדעת לבטח שנוירון מאותו אדם מכיל DNA ייחודי היא באמצעות קריאת הריצוף הגנטי מתא בודד ולא מאוכלוסית תאים גדולה, שתיתן במקרה הטוב את הממוצע. כעת, תוך שימוש בשיטות ריצוף של תא בודד, הצליחו חוקרים במכון סאלק ושותפיהם מרחבי העולם להראות כי המבנה הגנומי של עצבים של אותו אדם, שונה מתא לתא במידה גדולה משחשבו עד כה. הממצאים התפרסמו ב-1 בנובמבר בכתב העת סיינס.

"בניגוד למה שחשבו פעם, ההרכב הגנומי של הנוירונים במוח אינו זהה, אלא מורכב מעבודת טלאים של DNA" אומר פרד גאג', אחד השותפים במחקר, וראש מרכז וי וג'ון אדלר לחקר המחלות העצביות הקשורות לזקנה במכון סאלק.

במחקר, שהובל ע"י פרופ' מייק מקונל מהמרכז לביולוגיה תיאורטית וחישובית במכון סאלק, החוקרים בודדו כ-100 נוירונים מגופותיהם של שלושה אנשים שעברו ניתוח שלאחר המוות. המדענים בחנו נקודת מבט כוללת של כל הגנום, וחיפשו מחיקות גדולות ושכפולי DNA המכונים copy number variations (או CNV) ומצאו כי עד 41% מהנוירונים הכילו לפחות CNV ייחודי אחד שנוצר באופן ספונטני. משמעות הדבר היא כי ה-CNV מתפשט לאורך הגנום. יש להגביר את הכמות הקטנה מאוד של ה-DNA בתא בודד באופן כימי פי כמה וכמה לפני שניתן יהיה לרצף אותו. תהליך זה קשה טכנית, לפיכך הצוות בילה שנה בהוצאה מכלל חשבון טעויות שנבעו מתהליך זה ולא מהמבנה המקורי של הגנום. לשם כך אומר גאג', נערכו ניסויי ביקורת רבים.

באחד הניסויים בדקו החוקרים תאי עצב שנוצרו מתאי גזע מושרים שהופקו מתאי עור של שלושה אנשים בריאים. היה ברור לחוקרים שתאי עצב שהופקו ממקור משותף יהיו בעלי גנום זהה אך הם התבדו. "היו כמה מחיקות ושכפולים ייחודיים בכל גנום של הנוירונים שהופקו מקו אחד של אותם תאי גזע מושרים".

למרבה ההפתעה קיימת שונות גם בתאי העור, אך לא באותו קנה המידה כמו בתאי העצב. ההערכה כעת היא שהשונות הגדולה בגנום של תאי העצב נובעת משינויים בשלב מאוחר של התפתחות העובר ואינם תורשתיים. "הבעיה עם תאי עצב היא שלא כמו תאי עור, הם אינם מתחלפים והם גם בקשר זה עם זה" אמר מקונל, כיום באוניברסיטת וירג'יניה. "העובדה היא שתאי העצב יוצרים רשת גדולה שבה לכל תא יש CNV שגורמים לו להיות שונה, עלולה להיות בעלת השפעה גדולה על המוח."
CNV המופיעים ספונטנית קשורים גם להפרעות במוח כגון סכיזופרניה ואוטיזם, אך במחקרים אלה משתמשים בדרך כלל בתאי דם רבים וכתוצאה מכך לא מגלים בהם את השפעת ה-CNV.

המטרה של השונות הזו במוח של אנשים בוגרים אינה ברורה, אך לחוקרים יש כמה רעיונות. יתכן שההתאמה עשויה לסייע לאנשים לקלוט חוויות חדשות ומפתיעות במהלך החיים, או שהם יכולים לעזור לשרוד במגיפת וירוסים גדולה.

תאים בעלי גנום שונה עשויים לייצר RNA ייחודי ולפיכך גם חלבונים ייחודיים ואולם שיטת הריצוף לא מאפשרת לדעת זאת. "אם וכאשר יהיו לנו שיטות נוספות לריצוף גנום בתא בודד, נוכל לראות האם לגנומים השונים הללו יש גם טרנספוזומים שונים (אוסף כל סוגי ה-RNA בתא) בדרכים הניתנות לחיזוי" אומר מקונל. "בנוסף, יהיה צורך לרצף הרבה יותר תאים, ובפרט יותר סוגים של תאי עצב" אומרת אירה הול, פרופ' לביוכימיה וגנטיקה מולקולרית באוניברסיטת וירג'יניה. "המון עבודה לפנינו עד שנבין לעומק עד לאיזו רמה המחלות קשורות לכך שתאי העצב הם ייחודיים או שיש לכך קשר לפרמטרים שונים כגון גיל האדם." אמרה.

לידיעה באתר מכון סאלק

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

21 תגובות

  1. ניר
    תיאוריה כזו הייתה קיימת בעבר, ופורסמה ע"י הונריי ברגסו לפני יותר מ-100 שנה. הבעיה הגדולה בתיאוריה היא שהיא בעצם לא מסבירה כלום. האקסלי אמר שזה כמו להגיד שלקטר יש "כוח קטרי" ולכן הוא יכול להניע את הרכבת.

    אם התיאוריה הייתה נכונה אז בהכרח היה צריך להיות משהו מהותי ביצורים חיים שלא היינו יכולים להסביר בעזרת חוקי הפיסיקה והכימיה. לא כך המצב.

  2. לדעתי האבולוציה של דארוין אינה התאוריה היחידה שמסבירה את החיים. לדעתי המוח/dna/חיים כאשר הם נמצאים בסביבה מסוימת – קולטים איזה תכונות נדרשות על ידם כדי לדרוש ולהשיג אוכל ואז הם שולחות הוראות/ ״מתוכנתות״ בהתאם. יש מנגנון תבוני ורציונלי בגוף החיים שגורם ליצירתם בצורה מסיומת בהתאם לסביבה בהם הם נמצאים. (כמובן בלי שום קשר לאולהים)

  3. אני מניחה שבפסקה האחרונה הכוונה היא לטרנסקריפטום ולא טרנספוזומים. בשם הדייקנות…

  4. מייק אני לא "מתעקש" להשוות שום דבר, אני פשוט חושב שהאנלוגיה כאן נכונה ועוזרת להבין את הדברים. לא ניסיתי להפריך את עניין ההבדלים בין בני אדם שנובעים משונות גנטית, טענתי רק שההבדלים הם זניחים, כי למרות השוני הגנטי ביננו עדיין כולנו הולכים על 2, נראים בגדול אותו הדבר ויש לנו יכולת שיכלית דומה באופן ממוצע.

    לגבי היער, דיברתי על חלקות יער (עם עצים) ולא על קרחות יער, מבחינת בעלי החיים שחיים שם (ציפורים, מכרסמים…) אין כמעט הבדל בין חלקת יער מסויימת לזו שנמצאת 100 מטר ממנה, ואת למרות שיש שונות בין העצים שם ואין עץ אחד שזהה לעץ בחלקה השנייה, מבחינת תפקוד כסביבת מחייה – חלקה אחת דומה מאד לזו שלידה.

    באותו אופן אני חושב שלשונות הגנטית בין הנויירונים אין כזו השפעה דרמטית על תפקודה של הרשת הכוללת, ההוכחה לכך היא שלמרות השונות הגנטית בין הנויירונים עדיין לרוב בני האדם יש יכולת שכלית דומה (בהשוואה לשימפנזים לדוגמה שלא יכולים לכתוב שירה, תאטרון או ספרים).

  5. למה אתה מתעקש להשוות בין קרחות יער וד.נ.א. או בין רשתות עצביות, לד.נ.א. אנולוגיות עושים בין הדומה ביותר ולא בין השונה. וזה עוד כשאין צורך באנלוגיה כי כבר ידוע עובדתית שכל שינוי מזערי בד.נ.א גורם להבדל כל שהוא בין אדם לאדם. אז אתה מנסה להפריך עובדה על בסיס השוואה?
    מלבד זאת להגיד שאין הבדל בין קרחת יער אחת לאחרת או בין מוח אחד לשני מבחינת השלכותיהם היא אמירה לגמרי תלושה מהמציאות.

  6. ואולי זה בגלל הקרינה של מכשירי הסלולר,DNA שנדפק רק שהתאים לא משתכפלים כמו בסרטן.

  7. אני חושב שההוכחה דיי פשוטה, למרות שקיימת שונות גדולה במוחותיהם של בני אדם שונים עדיין כולנו מתפקדים בצורה דומה והיכולת השיכלית הממוצעת שלנו דיי דומה.

  8. אורי, ההבדל הגנטי בין אדם לשימפנזה הוא רק 1.5%. כך שלכל שינוי קטן יש משמעות. מעבר לכך שלילת סיבתיות דורשת הוכחה כמו כל טיעון אחר.

  9. אולי דוגמה טובה יותר היא עצים ביער, למרות שישנה שונות גדולה בין העצים ואף עץ לא זהה לעץ שלידו עדיין מכל בחינה מעשית אין כל הבדל בין חלקת יער מסוימת לזו שסמוכה לה.

    כלומר יכול להיות שגם אם כל נויירון היה זהה לחלוטין לכל נוירון אחר שנוצר על פי אותה פיסת DNA עדיין הרשת העצבית הייתה ממשיכה לתפקד באותה צורה מכל בחינה מעשית.

  10. בהמשך לאנלוגיה שהבאתי קודם (במידה והיא נכונה) הדבר דומה למכונית שיורדת מפס היצור כאשר היא זהה כמעט לחלוטין למכוניות אחרות בקו, אך עם הזמן היא מקבלת מכה פה, עיקום שם, שריטות, שיפשופים וכדומה.

    עדיין היא אינה שונה כמעט בביצועיה ממכוניות אחרות שירדו מהקו. באותו אופן יכול להיות שהשונות בין הנוירונים היא דיי זניחה מבחינת ההשפעה שלה על תיפקוד הנוירון כחלק מהרשת העצבית.

  11. אתם לא שמים לב לנקודה היותר מרתקת. אני מצטט: "הערכה כעת היא שהשונות הגדולה בגנום של תאי העצב נובעת משינויים בשלב מאוחר של התפתחות העובר ואינם תורשתיים."
    כלומר לא רק שונות, אלא גם פלסטיות.

  12. אולי פשוט אין משמעות לשונות הזו ? כלומר יתכן והיא פשוט זניחה, בדיוק כפי שקיימת תמיד שונות מסויימת בין מנועים של אותו יצרן בדגם מסויים של מכונית (קוטר בוכנה, רמת האטימה וכו') אך עדיין המכונית נוסעת ואין כמעט הבדל מורגש בביצועים בין מכוניות מאותו פס יצור.

  13. מרתק, תודה מייק

    משתמש אנונינמי, לפי הבנתי השונות הגנטית בתאי המערכת החיסונית הינו מאוד מצומצם. לא כך מסתבר בתאיי עצב.

  14. כל המערכת של הזכרון החיסוני מבוססת על שונות גנטית בין תאי מערכת החיסון

  15. יוני
    במקרה של פגיעה עצבית המידע בדנ"א מאפשר שחזור מסלולי הסינפסות. כך שעדכון רציף של הדנ"א בעקבות שינוי מבנה התא, מאפשר במקרה של פגיעה את שחזור הזיכרון באמצעות בניית הסינפסות מחדש.

    יתכן גם שבכלל השינוי בדנ"א נעשה עוד לפני השינוי במבנה התא, מה שעוזר לסינפסה למצוא בקלות את המסלול שלה במוח. זו אחת השאלות הפתוחות במדעי המוח, איך הסינפסה מחשבת את המסלול שלה.

  16. תגובה מעננינת מייק.
    ״סביר מאוד שגם הדנ"א שמאכסן את המידע על הנוירון ישתנה…״
    למה הנחה זאת סבירה? מאיפה בה השינוי לדעתך? מוטציה ?
    למה ש לDNA בתא נוירון יהיה בעל שיעור מוטציה גבוהה יותר משאר ה DNA בגוף?

  17. חשבתי שזה כך ואני שמח לראות שצדקתי. אם ניקח בחשבון שהנוירונים בניגוד לתאים אחרים הם פלסטיים ומשתנים כל העת, ואף אחד לא דומה לשני מבחינת מספר הסינפסות, ומשקלם, מה גם שבמקרה של נוירונים יש גם חשיבות למיקומו ולחיבורים הספציפיים של כל נוירון. סביר מאוד שגם הדנ"א שמאכסן את המידע על הנוירון ישתנה כל העת בחלקים מסוימים.
    בעתיד נוכל אולי לאסוף את הדנ"א של כל הנוירונים מאדם מת, ובעזרתם להחיות את המוח מחדש.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן