חוקרים מאוניברסיטת רייס (Rice) גילו כי חיתוך חלבון פלואורסצנטי מסוים והשימוש בו כתג סימון הינו נוח עבור בחינת פעילותם של תאים חיים
חצי חלבון עדיף מלא-כלום, ובמקרה שלנו הוא עדיף אפילו מחלבון שלם. חוקרים מאוניברסיטת רייס (Rice) גילו כי חיתוך חלבון פלואורסצנטי מסוים והשימוש בו כתג סימון הינו נוח עבור בחינת פעילותם של תאים חיים, בייחוד בהבנת הדרך שבה הם מנצלים צברים של ברזל-גופרית.
ברזל וגופרית בכמויות המדויקות חיוניים לבריאות טובה. הם מצויים במזון שאנשים אוכלים ובויטמינים שהם צורכים מידי יום, אולם כמות גבוהה מדי או קטנה מדי בתאים עלולה לגרום לבעיות בריאותיות חמורות.
צברי ברזל-גופרית הינם פרודות בעלות ארבעה אטומים לפחות. הם מיוצרים ומווסתים בתאים חיים ע”י חלבונים והתפקיד שלהם מהווה תחום מחקר חדש יחסית עבור חוקרים המעוניינים בהבנת מחלות הנגרמות בשל פגמים בחלבונים (Friedreich's ataxia, sideroblastic anemia ו- myopathy). אולם, עד היום לא הייתה דרך לצפות בצברים מתכתיים אלו בתאים החיים.
החוקר Jonathan Silberg, פרופסור לביוכימיה וביולוגיה תאית באוניברסיטת רייס, חקר את מסתרי הפרודות הללו במשך שנים. הוא מצא דרך לראות כיצד הן פועלות בתאים חיים. החוקר וצוותו פרסמו מאמר בכתב-העת המדעי Chemistry & Biology המתאר את פרטי השיטה החדשה, המאפשרת דימות הצברים באמצעות חיבורם למקטע חלבוני פלואורסצנטי מתווך.
החומר המתווך הינו חלבון אנושי המכונה GRX2, אנזים מחמצן מסוג glutaredoxin, המסייע לתאים להתמודד עם נזק חמצוני הנגרם בחלבונים אחרים בתא. ניתן ל”כבות” את פעילותו במבחנה באמצעות קישורו לצבר ברזל-גופרית. צוות המחקר כבר הוכיח בעבר כי חלבון זה עדיין יחבור לצברי ברזל-גופרית אפילו כאשר הוא מסומן בחלבון פלואורסצנטי ירוק; המערכת אומנם שימושית לבדיקות במבחנה, אולם הקרינה של החלבון לא הייתה מספיק חזקה בכדי שניתן יהיה לראותה גם בתאים חיים.
אולם, חיבור מקטעים של חלבון פלואורסצנטי צהוב, המכונה “ונוס” (Venus), למונומרים של חלבון ה- GRX2 פעל די טוב. כאשר הם הוזרקו לתאים חיים, המונומרים המסומנים “מצאו” והשתמשו בצברי הברזל-גופרית בכעין גשר לקישורם יחדיו. כתוצאה מכך מקטעי החלבון הקורן בצהוב קרובים דיים אחד לשני בכדי שייקרנו מספיק חזק וייראו באמצעות מיקרוסקופ. החלבונים החדשים יכולים לשמש לאבחון תאים בכדי לאתר סימנים למחלות הנגרמות בשל אי-סדירות בריכוזי הצברים.
“זו הסיבה שבגינה אני כה נרגש. זהו מסך שיאפשר להפעיל ביולוגיה בסיסית שאף אחד לא מסוגל להפעיל היום,” החוקר אומר. “ולמערכת זו יש פוטנציאל גבוה לסייע לנו במציאת טיפולים יעילים כנגד מחלות.”
החוקר הראשי אומר כי ברזל וגופרית היו מצויים ב”מרק” הקדמוני של כדור-הארץ אפילו לפני שהיה חמצן. “כאשר התפתחו החיים, האטמוספרה בכדור-הארץ הייתה אַל-אֲוִירָנִית (חסרת חמצן) וברזל וגופרית היו בשפע. קל להכין את הצברים המתכתיים הללו, ועל-כן, ניתן לדמיין בקלות כיצד באמצעות כימיה פשוטה ושפע מגיבים אלו, חלבונים יתפתחו וישתמשו בצברים אלו בכדי לבצע תהליכים כימיים רבים.
“ואז התפתחו אורגניזמים המבצעים פוטוסינתזה והתחילו לצרוך חמצן. קל מאוד לחמצן ברזל, כך שהאורגניזמים המתאימים פיתחו את כל המנגנון הזה בכדי להגן עליו ולתקן אותו, במידת הצורך. זהו בדיוק המנגנון הזה שאנו חוקרים.”
היכולת להתחקות אחר צברים אלו בתאים חיים הינה פריצת דרך בעלת עניין רב עבור האגודה האמריקאית למחלות לב, שמימנה חלק ממחקר זה. “הם העניקו לנו מימון בכדי שנפתח כלים נוספים,” מציין החוקר הראשי. “הם מעוניינים בהבנת המחלה Friedreich's ataxia (העלולה להוביל למחלת לב), אולם בנוסף הם מעוניינים לדעת אם נוכל לפתח דרכים נוספות לדימות חלבונים אחרים המחוברים לצברי-מתכת.”
במחקר זה, הוא מסביר, “למעשה ענינו על תהייה ביולוגית בסיסית – האם חלבונים מסוג glutaredoxins חוברים יחדיו בתאים חיים ע”י צברי-מתכת. אף אחד עד היום לא הראה זאת בתאים אנושיים חיים. אנו הצלחנו בכך.”
עדיפות גבוהה קיימת עכשיו במעבדת המחקר לכוונון הכלים החדשים, אולם, בטווח הארוך, החוקר מציין, הוא מזהה בשיטה החדשה פוטנציאל לבחינת שורשי ההזדקנות עצמה. כמויות חריגות של ברזל בגוף האדם הינן רעילות, ומאחר וחמצון נראה כגורם מרכזי להזדקנות, מחקרים של תהליכי חמצון נוטים למשוך עניין רב.
“האם אנשים יזדקנו מהר יותר מאחר ואוסף צברי הברזל-גופרית שלהם שונים? לדידי, התשובה לשאלה זו רחוקה עשורים שלמים, אולם היא שאלה מעניינת ביותר – כיצד שינויים קטנים בעקה חמצונית משפיעים על ההזדקנות?
“הדבר מפתה יותר היום לאחר שהוכחה זיקה ישירה בין פגמים באוסף צברי ברזל-גופרית לבין יציבות גנום הגרעין,” הוא אומר. “זה כבר לא יותר, 'הו, עקה חמצונית מיטוכונדריאלית קשורה איכשהו למוטציות בגרעין התא.' ישנה עדות כי פגמים בצברי ברזל-גופרית במיטוכונדריה עשויים להיות הקשר הזה.”
