לסוכרים תפקיד מכריע במנגנון חלוקת התאים

מדענים מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס בארה”ב, אשר פיתחו מערכת משוכללת לבדיקת מנגנון חלוקתם של תאים, גילו כי סוכרים נפוצים מתפקדים כחלק מהמתגים האחראיים לחלוקה זו

מדענים מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס בארה”ב, אשר פיתחו מערכת משוכללת לבדיקת מנגנון חלוקתם של תאים, גילו כי סוכרים נפוצים מתפקדים כחלק מהמתגים האחראיים לחלוקה זו. מאחר ומתגים סוכריים אלו, שלא זוהו עד עכשיו ככאלה, כה נפוצים ומהווים יעד נוח לתרופות שונות, לגילוי תפקידם ישנן השלכות מעשיות לגביי פיתוח טיפולים חדשניים למספר מחלות, ביניהן סרטן, מציינים המדענים.

במאמרם, שפורסם בכתב-העת המדעי Science Signaling, החוקרים דיווחו כי הם התמקדו בפיתוח מערכת שתוכל לאפשר לתא אנושי להתחלק לשניים, כזו שתדמה את המערכת הביוכימית הטבעית המורכבת שמעורבים בה מאות חלבונים. הדעה הרווחת לגביי המשימה של כיבוי והפעלת חלבונים אלו – כלומר, קביעת הזמן המדויק לחלוקת התא – הונחה על כתפיהם של חומרים הקרויים פוספאטים (זרחות, phosphates) – תרכובות כימיות המכילות את היסוד זרחן, ואשר מוצמדות לחלבונים ומוסרות מהם בתהליך הקרוי זרחון (phosphorylation).

בניגוד לכך, טוענים המדענים במחקרם החדש, קיים רובד נוסף של בקרה באמצעות תהליך של שינוי חלבונים מבוסס-סוכר הקרוי O-GlcNAcylation (O-N-acetylglucosamine, הערך בוויקיפדיה). “נראה כי מערכת מבוססת-סוכר זו הינה בעלת השפעה רבה, ונפוצה במסלולי איתות לחלוקת תאים כמו מערכת הזרחון המקבילה לה, ואפילו בעלת תפקיד בבקרה על תהליך הזרחון עצמו,” מסביר החוקר הראשי. מאחר ולפרודת הסוכר יש מספר תכונות חדישות – היא קטנה, קלה לשינויים וחסרת מטען חשמלי – היא כמעט ובלתי-נראית עבור חוקרים המשתמשים בשיטות מדידה פיסיקאליות רגילות לזיהוי חומרים, כדוגמת מס-ספקטרומטריה.

בחשדם כי הסוכר הידוע כ- O-GlcNAc עשוי ליטול חלק בשלב חלוקת התאים, החוקרים תכננו תרשים למיפוי החלבונים בעזרת שיטות של מס-ספקטרוסקופיה. בעיקרו, הם יישמו שילוב של שיטות לשינוי כימי ושיטות להעשרה, וטכנולוגיה חדשנית לקיטוע החלבונים המשתתפים במנגנון האחראי לחלוקת התאים בכדי לחשוף אותם ולקבוע את הרכבם המולקולארי. בעזרת מערכת זו החוקרים הצליחו לזהות יותר ממאה וחמישים אתרים בחלבונים אלו, שאליהם נקשר הסוכר מסוג O-GlcNAc. בנוסף, החוקרים גילו כי יותר משלוש מאות אתרים בחלבונים אלו מכילים את תרכובות הזרחה, הידועות כבר. החוקרים שמו-לב כי כאשר פרודת הסוכר נמצאה בסמוך או בתוך האתר המתאים לקבוצת הזרחה, היא בעצם מונעת ממנה מלהיקשר לאתר. החלבונים המעורבים במנגנון חלוקת התאים לא עברו זרחון והפעלה לפני שקבוצת הסוכר ניתקה מהם.

“ניתן לדמות את הזרחון כעין מיקרו-מתג המסדיר את מחזור חלוקת התא, ואת המנגנון מבוסס- הסוכר כעין מתג בטיחות המסדיר את פעולת המיקרו-מתגים,” מסביר אחד מהחוקרים.

בעזרת השימוש בתרבית תאים אנושיים, המדענים גילו אי-סדירויות כאשר הם שיבשו את תהליך חלוקת התא באמצעות הוספת הסוכר. חרף העובדה כי גרעין התא, המכיל את הכרומוזומים התחלק כהלכה, התאים עצמם לא התחלקו והולידו מצב של מספר גרעינים רב בכל תא – מצב המוכר כפוליפלואידיות (polyploidy, היות בעל מספר כרומוזומים הגדול פי 3 או יותר מהנורמאלי) הקיים גם בתאים סרטניים רבים.

החוקרים לא רק שמיפו את אתרי הקישור לזרחה ולסוכר, אלא גם מדדו את השינויים שהתרחשו במנגנון חלוקת התא, מאחר והשינויים הכימיים מתפקדים יותר כמתגים מעמעמים (dimmer) מאשר כמתגים עצמאיים פשוטים של שני מצבים אפשריים: כבוי/דלוק. החוקרים טוענים כי זיקה משמעותית זו בין תהליך הזרחון לבין התהליך מבוסס-הסוכר מהווה שינוי בכיוון הפאראדיגמה השלטת היום בתחום האיתות הבין-תאי. איתות בין-תאי מתייחס ליכולתם של תאים לחוש את סביבתם המשתנה ולהתאים את פעילותם בתגובה לאות חיצוני. מתגי הסוכר החדשים מרמזים שהמנגנון התאי הוא הרבה יותר מורכב מאשר היה ידוע עד כה. הידיעה על המחקר