הינך נמצא כאן

הדרכון השלישי

23.01.2017

מדעני המכון גילו, כי קיימת מערכת הסעה שלישית לחלבונים בתא, וזו מובילה את החלבונים אל אברון בתא שממנו הם משוגרים אל מחוצה לו. 

פרופ' מאיה שולדינר (מימין) ונעמה אבירם. מסלול שלישי להסעת חלבונים בתא

התאים בגופנו חייבים לתקשר זה עם זה כדי לשרוד, וכדי לאפשר לגופנו לתפקד בצורה יעילה ובריאה. מי שמופקדים על משימה זו הם חלבונים ייעודיים בתא: חלקם מוצבים על קרומי התאים לצורך קליטת אותות, ואילו אחרים מופרשים כ"מסרים" אל מחוץ לתא. אך כדי להגיע אל מחוץ לתא, החלבונים חייבים להיעזר ב"מכונת הסעה" שתפקידה להובילם למעין "מעבר גבול", או "איזור מעבר". "איזור מעבר" זה מצוי בפתחו של אברון בתא המכונה "הרשתית האנדופלסמתית", וממנו הם משוגרים החוצה כ"מסרים".

אך, בעצם, כמה "מכונות הסעה" פועלות עבור חלבונים אלה? בעוד מחקרים קודמים בעשרות השנים האחרונות זיהו שתי מכונות כאלה – מכונות שניתן להקבילן לחברות שילוח כמו "פדקס" או DHL – הרי שמדעני מכון ויצמן למדע העריכו כי המספר גדול עוד יותר.

ואכן, במחקר חדש שבוצע במעבדתה של פרופ' מאיה שולדינר, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, התברר כי קיימת "מכונת הסעה" נוספת בתא, שלישית במספר, דבר המניח יסוד לסברה שקיימות "מכונות הסעה" נוספות. את המחקר הובילה תלמידת המחקר נעמה אבירם, בשיתוף עם המעבדה של פרופ' ריצ׳רד זימרמן באוניברסיטת סאארלנד, וכן עם פרופ' בלנש שוואפך מאוניברסיטת גטינגן ופרופ' ג׳ונתן וייסמן מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו. "בשנות ה-70 של המאה ה-20 נחשף לראשונה אחד המסלולים שבאמצעותו מוכנסים החלבונים לרשתית האנדופלסמתית, והוא קרוי SRP", מסבירה פרופ' שולדינר. "למדענים התברר ש'מכונת ההסעה' מזהה את החלבון שעליה להסיע על-פי אות מסוים שמצוי בו. ניתן לחשוב על אות זה כעל מעין 'דרכון'".

צילום של מיקרוסקופ פלואורסצנטי המראה את הרשתית האנדופלסמתית באדום ואת אחד מחלבוני המסלול החדש (SND2) בירוק, אשר חופף בדיוק לסיגנל מהרשתית. צילום זה מוכיח שהחלבון נמצא דרך קבע בתא ברשתית האנדופלסמתית

אך פתרון זה לא היה שלם, שכן בצד אותם חלבונים שמסלול ה-SRP מוביל ליעדם, התגלו גם חלבונים שהמסלול מתקשה לזהות. הסיבה לקושי זה, כך התברר, היא ש-SRP מזהה את האות באופן מיטבי כשהוא מצוי בקצה האחד של החלבון, ופחות טוב כשהוא מצוי בקצהו האחר. "מצב זה הבהיר שקיים כנראה מסלול נוסף, המזהה את אותם חלבונים שה-SRP מחמיץ. ואכן, איתרנו אותו במחקר משנת 2008", מסבירה פרופ' שולדינר, ״ואת המסלול הזה כינינו GET״.

גם לאחר זיהויים של שני מסלולי ההסעה לחלבונים העריכו המדענים שישנם חלבונים נוספים בתא שהמסלולים מתקשים לזהות. "אלה הם חלבונים שאם לא מסיעים אותם ביעילות אל הרשתית האנדופלסמתית, הם גורמים למות התאים. לכן שיערנו שקיימת מערכת הסעה נוספת", אומרת אבירם.

כדי לבדוק אם אכן קיימת מערכת כזו, ביצעו המדענים שורת ניסויים בתאי שמר – תאים הדומים במאפייניהם לאלה של בני אדם – ולאחר מכן בדקו את התוצאות גם בתאי אדם. בשלב הראשון איתרו המדענים חלבונים בתא שהגעתם "לאזור המעבר" הכרחית לצורך הישרדותם, אך הם לרוב אינם מסתייעים באחד משני מסלולי ההסעה הידועים. לאחר מכן, באמצעות מערכת רובוטית מתוחכמת המסוגלת לסרוק את הגנום של תא השמר כולו, בדקו המדענים מה קורה לחלבונים ה״זקוקים להסעה״ כאשר כל אחד מהגנים "נמחק". בדיקה זו העלתה כי קיימים שלושה גנים שבהיעדרם משתבש התהליך של מעבר החלבונים לרשתית האנדופלסמתית. "המערכת ביצעה ניסיונות רבים, עד שראינו – בעזרת מיקרוסקופיה פלואורוסנטית – שכאשר שלושה גנים 'מכובים', נוצרים בתא צברי-חלבונים שעלולים להיות רעילים. הצברים הללו הם למעשה אותם חלבונים שלא הגיעו ליעדם", אומרת אבירם.

שלושת הגנים שאותרו כונו SND1, SND2 ו-SND3. בהמשך התברר, כי שלושת הגנים מקודדים לשלושה חלבונים שמיקומו של אחד מהם הוא על הריבוזום ("מכונת הייצור" של חלבוני התא), ומיקומם של השניים האחרים הוא במחסום המוביל אל הרשתית האנדופלסמתית. חלבונים אלה, כך הבינו המדענים, הם מסלול ההסעה השלישי לחלבונים. "חשפנו מסלול חדש לשינוע של חלבונים ל'איזור המעבר', מסלול שלא היה ידוע עד היום", מדגישה פרופ' שולדינר.

בעזרת שיתוף פעולה שקיימו עם מעבדתו של פרופ' וייסמן בסן פרנסיסקו, התברר למדענים כי המסלול השלישי נכנס לפעולה כאשר ה"דרכון" של החלבון קרוב יותר למרכז, ובשל כך שני המסלולים הידועים אינם מצליחים לזהותו. "המסלול שזיהינו הוא 'רשת ביטחון' לאותם חלבונים שאותותיהם נמצאים במיקום מרכזי יחסית", מסבירה פרופ' שולדינר. "במילים אחרות, כאשר מדובר בחלבונים חשובים במיוחד בתא – חלבונים שחייבים להגיע ל'איזור המעבר' – יימצא תמיד המסלול שידאג לכך".

ה״מסועים״ שמביאים חלבונים לרשתית האנדופלסמטית: הדרכים שכבר היו ידועות ביחד עם המסלול החדש שהתגלה. כל מסוע משמש להעברת חלבונים עם ״מסמכי מעבר״ שונים

 

בהמשך לכך, ערכו המדענים את אותו הניסוי בתאי בני אדם, תוך שהם "משתיקים" בתא את הגן SND2, השמור אבולוציונית בבני אדם. התוצאה הייתה, שמעבר החלבונים לרשתית האנדופלסמתית השתבש, ודבר זה הצביע על כך שגם בבני אדם קיים מסלול ההסעה השלישי.

"רוב רובן של המחלות הגנטיות, למשל סוכרת, קשורות בהפרעות בתחום התקשרות הבין-תאית", אומרת פרופ' שולדינר. "אנחנו יודעים שבמקרים אלה החלבון שנועד לתקשורת אינו מגיע ליעדו, או שהתא אינו מזהה אותו כראוי, אבל לא תמיד ברור היכן לאורך הדרך השתבש התהליך. אולי בעתיד, בזכות המסלול שגילינו, אפשר יהיה לפצות באמצעותו על חוסר פעילות של SRP ו-GET, וכך לטפל במחלות ואפילו להציל חיים". 

30% מכלל החלבונים בתא משמשים לתקשורת עם תאים אחרים, ולכן עליהם להגיע אל הרשתית האנדופלסמתית.

#מספרי_מדע

לשיתוף:

 

 

 

 

אינסטגרם

.