לפרוץ את מערך הביצורים של התא על גבו של סוס טרויאני

במקום להשתמש בנגיפים כדי להחדיר גנים תקינים לגופם של חולים, אפשר להיעזר בחלבונים המצוידים ב"אישור כניסה" לגרעין התא

אורי ניצן, הארץ

הדוקטורנטית עדי מסיקה וד"ר זיו רייך. פוטנציאל הרג סלקטיווי של תאי לימפומה מסוג הודג'קינס. תצלום: אריאל שליט

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/trojangene.html

הריפוי הגנטי החל את דרכו לפני יותר מעשרים שנה, אך למרות הציפיות הגבוהות שנקשרו בו, מעט מאוד הצלחות נרשמו בתחום ועדיין אי אפשר למצוא בבתי המרקחת תרופות המבוססות על ריפוי גנטי. למרות זאת, משאבים רבים מוזרמים למעבדות המחקר בתקווה שפריצת הדרך קרובה.

ההיגיון הראשוני שעמד מאחורי הטיפול הגנטי היה פשוט: במחלות תורשתיות כמו סיסטיק פיברוזיס (CF) הפגם הוא בגן ספציפי בחומר התורשתי של החולים. הגן הפגום זוהה, הרצף שלו מוכר, ובאמצעות הטכנולוגיה הקיימת אפשר לייצר
את הגן התקין ולנסות להחדיר אותו לתאים החולים. השתלבות של הגן התקין בד-נ-א של תא חולה פירושה הבראה של התא וחזרה שלו לתפקוד תקין. הנחת העבודה היתה שגם אם הגן יחדור רק לחלק מהתאים הפגומים, החולים ייצאו נשכרים מהטיפול.

אל הטיפול הגנטי במחלות התורשתיות היתוספו במרוצת השנים ניסיונות טיפול במחלות נרכשות. מחלת הסרטן היא דוגמה למחלה נרכשת, שההתאמה שלה לטיפולים גנטיים שנויה במחלוקת. באופן תיאורטי, אם יוחדרו אל התאים הממאירים גנים שיגרמו למותם, אפשר יהיה להפחית את עוצמת המחלה ואולי גם לרפא את המטופלים.

חוקרים שמנסים ליישם טכנולוגיות של תרפיה גנטית נתקלים במגוון מכשולים. הגן התקין עומד לרשותם, אבל כדי להחדיר אותו לתא החולה הם צריכים לפרוץ מערך ביצורים שמורכב משתי חומות. החומה הראשונה היא קרום המעטפת השומני של התא, שמפריד בין הסביבה התוך-תאית לעולם החיצון. החומר התורשתי מאוכסן בגרעין, ולכן החומה השנייה שעומדת בפני החוקרים היא קרום הגרעין של התא. בין שתי החומות הללו משתרע החלל התוך-תאי, הציטופלסמה.

אחת הדרכים לפרוץ את מערך הביצורים של התא מתבססת על נגיפים. "במבט ראשון נראה היה שהנגיפים הם הכלים המתאימים ביותר למשימה זו", מסביר ד"ר זיו רייך מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן, "מכיוון שזה בדיוק מה שהם עושים כבר מיליוני שנים: הם מחדירים את הגנים שלהם לתאים חיים, משלבים אותם בחומר התורשתי של התא המארח ומאלצים אותו לשכפל עוד ועוד נגיפים. כדי ליהנות מ'דובשם' של הנגיפים ולא להינזק מ'עוקצם', מוציאים מהם את הגנים המזיקים ומחליפים אותם בגנים התקינים שרוצים להחדיר לתא החולה".

השימוש בנגיפים נראה מבטיח בתחילה, אך במרוצת הזמן התגלו החסרונות שלו. מערכת החיסון עלולה להגיב בחריפות לנוכחות הנגיף בגוף, ונזק משמעותי עלול להיגרם למטופל. בנוסף לכך, הגן המוחדר עלול להשתלב במקומות חיוניים בחומר התורשתי ולגרום לנזק גנטי נוסף. כך למשל, השתלבות הגן המוחדר בחומר התורשתי עלולה לפגוע בתפקוד של גנים בריאים, לרבות גנים שאחראים על דיכוי התפתחותם של גידולים סרטניים. פגיעה בגן כזה עלולה לגרום להפיכת התא לסרטני.

שיטה חלופית להחדרת גנים לגרעין התא מתבססת על אריזת מקטע ד-נ-א המכיל את הגן בליפוזום (מעטפת שומנית). הליפוזום חודר אל התא והד-נ-א שבתוכו נפלט אל הציטופלסמה. המכשול העיקרי שעומד בפני הצלחת הטיפול בליפוזומים הוא קרום הגרעין. "היכולת לפרוץ את החומה השנייה ולהחדיר את הגנים לגרעין היא מצומצמת", מסביר רייך, "ומרבית הד-נ-א שמוחדר לתא נשארת בציטופלסמה ומפורקת. כדי להבטיח מעבר של הגן התקין לגרעין אנחנו עושים שימוש במנגנונים הטבעיים של התא ומגייסים לעזרתנו 'סוס טרויאני'".

בשגרת החיים של התא ישנו מעבר בלתי פוסק של מולקולות מהציטופלסמה אל הגרעין ובכיוון ההפוך. המעבר מתבצע דרך תעלות בקרום של הגרעין. מולקולות קטנות עוברות באופן חופשי דרך התעלות, ומעברן של מולקולות כמו הד-נ-א, שקוטרן גדול מתשעה ננומטר (מיליונית המילימטר), מותנה בכך שאל המולקולה מחובר "רצף הכרה". רצף ההכרה משמש מולקולות שונות כאישור כניסה לגרעין דרך התעלות, אך מולקולות הד-נ-א אינן נושאות אותו באופן טבעי.

ד"ר רייך וחברי קבוצת המחקר שלו פיתחו טקטיקה חדשה לפריצת מערך הביצורים של התא. "מערך הניסויים שלנו מגייס את רצף ההכרה לשירות הריפוי הגנטי. הנחת היסוד של המחקר היא שקישור מולקולות הד-נ-א לרצף הכרה יבטיח את כניסתן לגרעין. את החיבור לרצף ההכרה השגנו בתיווך חלבונים תוך-תאיים המכונים חלבוני שעתוק (TF)", מסביר רייך. "ה-TF כבר מצוידים באישור הכניסה לגרעין, מכיוון שיש להם תפקיד בבקרת השכפול של החומר התורשתי בגרעין. בכל תא בריא אותות מהסביבה מפעילים את חלבון השעתוק, ואז הוא חודר לגרעין באמצעות רצף ההכרה ונקשר לד-נ-א התאי".

ד"ר רייך פיתח שיטה המאפשרת לגן שאותו מבקשים להחדיר להיקשר לחלבון השעתוק. "את הד-נ-א המוחדר אנחנו מהנדסים כך שמיד אחרי שחרורו מהליפוזום בציטופלסמה הוא ייקשר ל-.TF בצורה זו הוא מגיע לגרעין כטרמפיסט על גבו של חלבון השעתוק".

ישנם סוגים רבים של חלבוני שעתוק, ואפשר להבטיח קישור של TF ספציפי למקטע הד-נ-א שהוחדר לתא. "אם בסוג מסוים של סרטן יש ייצור יתר של TF מסוים, אנחנו ננסה להנדס מקטעי ד-נ-א שייקשרו דווקא אליו", אומר ד"ר רייך. "כך נוכל להבטיח כניסה סלקטיווית של הגן התקין לגרעינים של תאים חולים".

בסרטני דם, למשל, ובעיקר בלימפומה מסוג הודג'קינס, יש פעילות יתר של חלבון שעתוק המכונה .NFkB בתאים החולים יש "ריצה" מואצת ולא מבוקרת של חלבוני השעתוק הללו לגרעין, וכתוצאה מכך התא הממאיר מתחלק ללא בקרה. לדברי עדי מסיקה, דוקטורנטית במעבדה של רייך, "אפשר לנצל את התכונות של NFkB כדי להרוג באופן בררני את התאים הממאירים. כדי לבצע את המשימה משתמשים בגן שגורם ל'התאבדות' של התא. אנחנו נחדיר את הגן הקטלני לתא באמצעות ליפוזום, ונהנדס אותו כך שמקטע הד-נ-א שנושא אותו ייקשר לחלבון השעתוק ."NFkB השיטה המוצעת תוכל לשמש להרס בררני של תאי לימפומה, מכיוון שהגנים הקטלניים לא יחדרו לגרעין של התאים הבריאים. הטכנולוגיה נבחנת בימים אלה במעבדה, ועבודת המחקר נעשית על ידי מסיקה בשיתוף עם ד"ר מיוראל זוהר.
ידען חידושים ברפואה – רפואה גנטית

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~528522754~~~25&SiteName=hayadan