סיקור מקיף

תת מערכות בגוף משתתפות בבניית אחרות

הגוף החי מתפקד כמערכת סגורה מושלמת, אשר נשלטת על-ידי פעולות מתואמות היטב של מרכיביה. אך מה בדבר האיברים המרכיבים את הגוף? האם הם תלויים לחלוטין בהשפעות חיצוניות של "שלטון מרכזי", או שאולי יש להם מידה מסוימת של "אוטונומיה"

מימין: דר. ג'וי קאהן, עידית אשכר-אורן, דר. אלעזר זלצר ויוליה שוורץ. צילום מכון ויצמן
מימין: דר. ג'וי קאהן, עידית אשכר-אורן, דר. אלעזר זלצר ויוליה שוורץ. צילום מכון ויצמן

"השלם עולה על סכום חלקיו"
אריסטו
מתוך "מטפיסיקה"
הגוף החי מתפקד כמערכת סגורה מושלמת, אשר נשלטת על-ידי פעולות מתואמות היטב של מרכיביה. אך מה בדבר האיברים המרכיבים את הגוף? האם הם תלויים לחלוטין בהשפעות חיצוניות של "שלטון מרכזי", או שאולי יש להם מידה מסוימת של "אוטונומיה" – כלומר, יכולת התפתחות ותיפקוד עצמאיים, ללא תלות בגוף השלם? ומה תפקידם של יחסי הגומלין בין הרקמות השונות באיברי הגוף בקביעת התפתחותן של הרקמות האלה?

ד"ר אלעזר זלצר וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה, במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, פירסמו באחרונה ממצאי מחקר המעידים על כך שיחסי הגומלין בין רקמות ממלאים, למעשה, תפקיד משמעותי יותר בעיצוב דמותם של האיברים המתפתחים מכפי שסברו עד כה.דוגמא בולטת בתחום זה הם המיפרקים. איברים מורכבים אלה מתפתחים מתוך מאגר של "תאי אב" – תאים שטרם עברו את תהליכי ההתבגרות וההתמחות – אולם גורלם העתידי כבר נקבע. במהלך התבגרותם רוכשים תאי האב תכונות ותיפקודים אופייניים, וכך מתפתחים תאי אב שונים לסוגים שונים של תאים שמרכיבים, יחד, את המיפרק. מקצת מתאי האב הופכים לרקמת סחוס, אחרים הופכים למעטפת המיפרק, חלקם יוצרים את הקרום הסינובי – המקיף את עצמות המיפרק, ועוד. קיומם של תאי אב ה"מחויבים" לגורלם העתידי הוא חיוני לצורך התפתחות נכונה של המיפרק. אולם כיצד בדיוק הם מוציאים לפועל את ה"תוכנית" המוצפנת בהם?

ד"ר זלצר סבור, כי התשובה לשאלת המפתח הזו נעוצה בהשפעות חיצוניות – ולא בבקרה עצמית של האיבר המתפתח. רמז אחד לנכונותה של התיאוריה הזו מתקבל במקום בלתי-צפוי: הבעיטות והדחיפות שאשה הרה חשה לעיתים קרובות במהלך ההריון. על-פי הגישה המקובלת זה זמן רב, הסיבה לכך אינה רצונו של העובר הצעיר להיות אלוף קראטה עוד בטרם נולד. תנועות עובריות אלה ממלאות תפקיד בסיסי בתהליכי ההתפתחות הטבעיים. כך, לדוגמא, תסמונת הגורמת לסדרת עיוותים המפחיתים את כושר התנועה של העובר (FADS – fetal akinesia deformation sequence), מובילה לשורה ארוכה של הפרעות, ובהן התפתחות לא תקינה של המיפרקים. עם זאת, לא ברור כיצד בדיוק משפיעה הנעת השרירים על תהליכי עיצוב המיפרקים.

כדי לנסות לשפוך אור על התהליכים האלה, חיפשו החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר ג'וי קאהן, יחד עם תלמידת המחקר יוליה שוורץ, את נקודות המפתח ההתפתחותיות בהן מופיעים לראשונה פגמים בתיפקוד המיפרקים. לשם כך הם השתמשו בשלושה זנים מוטנטיים של עכברים – שלושה מהם אינם יוצרים כלל שרירי גפיים, וזן נוסף אשר מסוגל אמנם ליצור שרירים – אך אינו מסוגל להניע אותם (כלומר, הוא נותר משותק). תאי האב של המיפרקים סומנו בשיטות גנטיות, כך שאפשר יהיה לעקוב אחריהם. ממצאי המחקר הזה, שפורסמו בכתב-העת המדעי Developmental Cell, מראים כי בכל ארבעת הזנים המוטנטיים איבדו העכברים את יכולתם ליצור מיפרקים. בדיקות נוספות הראו, כי בעכבר המשותק התחוללה ההפרעה בדיוק בשלב התבגרות תאי האב: במקום להפוך לסוגים שונים של תאים יוצרי מיפרקים, כפי ש"תוכנתו" מראש, הם נקלעו ל"משבר זהות" והתפתחו לתאי סחוס. "הממצאים שלנו, לפיהם התכווצויות השריר שולטות בסופו של דבר בגורלם של התאים ובהיווצרות המיפרקים, מספקים – בפעם הראשונה – הוכחה חותכת לקשר שבין תנועת העובר לבין התפתחות האיברים, ולכך שההתפתחות אינה תלויה אך ורק בגורמים פנימיים – כפי שמקובל היה לחשוב", אומר ד"ר זלצר.

דוגמא נוספת אפשר למצוא במערכת כלי הדם. כדי שכלי הדם יוכלו לספק לאיבר את כל צריכת החמצן והמזון הנחוצים לו לצורך גדילתו, חייבים תהליכי ההתפתחות והגדילה להיות מתואמים היטב. אם כך, האם התפתחות האיבר מכתיבה את קצב התפתחותם של כלי הדם? או אולי להיפך: האם התפתחות מערכת כלי הדם קובעת את קצב גדילת האיברים? או אולי שני תהליכי ההתפתחות האלה נשלטים על-ידי "תוכנות" חיצוניות שאינן תלויות כלל זו בזו?

כדי לנסות לענות על שאלות אלה ניגשה תלמידת המחקר עידית אשחר-אורן לחקור את מערכת השלד. בשלבים הראשונים של התפתחות הגפיים בעובר מרושתים האיברים בכלי דם צפופים. בהמשך, עצמות השלד מפרישות חומרים מווסתי גידול, אשר גורמים להתנוונות כלי הדם. כך מתפנה מקום לצמיחת רקמת סחוס – שלאחר מכן הופכת לעצם. לכן, סביר להניח שככל שהמרחק מהעצמות גדל, ורמת החומרים המווסתים קטנה, תגדל צפיפות כלי הדם. בפועל, המצב הוא הפוך: דווקא האזורים אשר עוטפים את העצם עשירים יותר בכלי דם. כיצד נוצרת התבנית המפתיעה הזו? מדעני המכון חקרו ומצאו, כי שני התהליכים ההפוכים-לכאורה נשלטים על-ידי עצמות השלד. ממצאים מפתיעים אלה פורסמו בכתב-העת המדעי Development. מתברר, כי מלבד הפרשת חומרים מווסתים גידול – כפי שהיה ידוע עד כה – מפרישות העצמות גם חומר הקרוי VEGF, המוכר כמעודד גידול וגורם לצמיחת כלי דם. המדענים סבורים, כי השלד "אימץ" את המנגנון הזה כדי "לפצות" את עצמו על ניוון כלי הדם בקרבתו, ולהבטיח אספקת חמצן ומזון סדירה לעצמות.ד"ר זלצר: "ממצאי המחקר שלנו מראים בבירור, כי קשרי גומלין בין רקמות מהווים גורם חשוב השולט בהתפתחות האיברים בעובר. היות שמערכת השלד קשורה לשורה ארוכה של מחלות מולדות ותיפקודים לקויים, הרי שחשיפת פרטים נוספים על ההתפתחות העוברית של מערכת זו תוכל אולי לתרום ליכולתנו לטפל במחלות אלה, או למנוע אותן".
אישי

שלד של עובר עכבר בו ניתן לראות את האזורים שבהם מתחילה היווצרות העצמות (באדום) והסחוס - שיוחלף בהמשך ברקמת עצם (בירוק ובכחול). צילום מכון ויצמן
שלד של עובר עכבר בו ניתן לראות את האזורים שבהם מתחילה היווצרות העצמות (באדום) והסחוס - שיוחלף בהמשך ברקמת עצם (בירוק ובכחול). צילום מכון ויצמן

ד"ר זלצר החל להתעניין בעצמות כבר בהיותו ילד, מול מרק העוף שהוגש בארוחות ערב שבת. הוא התקשה להבין כיצד הצליחו צינורות דם לחדור את המבנה הסגור, ו"להיכנס" ללשד העצם.
אלעזר זלצר נולד בתל-אביב, והשלים לימודי תואר ראשון בביולוגיה בשנת 1992 ותואר שני באימונולוגיה בשנת 1994 – שניהם באוניברסיטת בן-גוריון בבאר שבע. לאחר מכן המשיך ללימודי תואר שלישי במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע. במחקרו הבתר-דוקטוריאלי, בבית-הספר לרפואה של אוניברסיטת הרווארד, התמקד בהתפתחות העצם. בשנת 2004 חזר לישראל, והצטרף כמדען בכיר למחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע. הוא נשוי לכרמית ואב לשני ילדים – רע בן העשר ואוריה בן השלוש.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן