חלבון לא מסודר. כאשר התגלו לראשונה מקטעים לא-מסודרים במולקולות חלבון בסוף שנות ה-80 של המאה הקודמת, מדענים נהגו לחתוך ולזרוק אותם

לא מסודרים ולא במקרה

27.01.2020

הינך נמצא כאן

מדעני מכון ויצמן למדע הראו כי חלבונים לא-מסודרים מסתגלים היטב לשינויים סביבתיים בתא ויוצרים רשתות עמידות של חלבונים הפועלים יחדיו ומחפים בכך על היעדר הארגון

עצם השם "חלבונים לא-מסודרים" מרמז שמשהו לא בסדר בחלבונים שאינם מקופלים בקפידה במבנים תלת-ממדיים, אלא מידלדלים בחופשיות כמו אטריות. מחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע, שהתפרסם באחרונה ב"רשומות האקדמיה האמריקאית למדעים" (PNAS), מצביע דווקא על היתרונות של חלבונים אלה: הם מסתגלים היטב לשינויים סביבתיים בתוך התא, והיעדר הארגון אינו מפריע להם לתפקד היטב.

"ביצורים מפותחים יותר מבחינה אבולוציונית יש יותר חלבונים לא-מסודרים בהשוואה לכמות של חלבונים אלה בחיידקים", אומר ד"ר האגן הופמן מהמחלקה לביולוגיה מבנית. "העובדה שחלבונים אלה קנו להם אחיזה בשלב מאוחר יחסית של האבולוציה, מרמזת אולי על מורכבות ותחכום, אך לשם מה בדיוק הטבע זקוק להם?"

כאשר התגלו לראשונה מקטעים לא-מסודרים במולקולות חלבון בסוף שנות ה-80 של המאה הקודמת, מדענים נהגו לחתוך ולזרוק אותם, כיוון שאי-אפשר היה להפוך אותם לגבישים ולחקור את המבנה שלהם באמצעות קריסטלוגרפיה. ואולם, עם הזמן, התברר כי המצב הבלתי-מסודר נפוץ בהרבה ממה שחשבו תחילה: בערך שליש מהחלבונים באורגניזם הם לא-מסודרים במידה זו או אחרת; ברבים מהם רק חלק מסוים של המולקולה אינו מסודר ובאחרים – במולקולה כולה. עוד התגלה כי חלבונים לא-מסודרים מהווים ככל הנראה סוג חשוב של מולקולות ביולוגיות המשתתפות בוויסות פעילות גנים ובתפקודים חיוניים אחרים. יותר מכך, ייתכן שבתנאים מסוימים יש להם יתרון על חלבונים מסודרים: קל יותר לשנות או לפרק אותם כאשר הסביבה משתנה, והם עשויים להתאים יותר לביצוע משימות שונות, שכן המבנה שלהם פתוח יותר, מילולית, לחיבור עם מולקולות אחרות בהשוואה למבנה המקופל הדורש התאמה מבנית מדויקת.

אבל אם חלבונים לא-מסודרים הינם כה גמישים במבנה ובתפקוד, האם הם בכלל עמידים מספיק כדי לבצע משימות חשובות? ד"ר רנה ונקראננברוק ויאיר הראל מקבוצתו של ד"ר הופמן, בשיתוף עם פרופ' וונווי צ'אנג מאוניברסיטת המדינה של אריזונה, יצאו לדרך במטרה להשיב על שאלה זו. תחילה, הם בדקו עד כמה חלבונים לא-מסודרים רגישים לשינויים בסביבה התוך-תאית. המדענים התמקדו ברשת של יותר מ-100 חלבונים המווסתים את ביטוי הגנים בתא ובחרו מתוכה בחמישה חלבונים לא-מסודרים הפועלים בצוותא ומבצעים תפקידי מפתח במסגרת רשת חלבונים זו. החוקרים הצמידו תגים פלואורסצנטיים אדומים וירוקים לשני הקצוות של כל מולקולת חלבון, הכניסו את החלבונים לתמיסה וצפו בהם דרך מיקרוסקופ, תוך כדי שהם משנים את ריכוז המלחים בתמיסה, בדומה לשינויים בריכוז המלחים המתרחשים לעתים תכופות בתאים חיים. היחס בין האור שנפלט מהתגים האדומים והירוקים סימן להם אם וכאשר אירעו שינויים מבניים במולקולות החלבון.

ביצורים מפותחים יותר מבחינה אבולוציונית יש יותר חלבונים לא-מסודרים בהשוואה לכמות של חלבונים אלה בחיידקים. העובדה שחלבונים אלה קנו להם אחיזה בשלב מאוחר יחסית של האבולוציה, מרמזת אולי על מורכבות ותחכום"

ניסוי זה העלה כי כל חמשת החלבונים הלא-מסודרים היו רגישים לשינויים סביבתיים: המבנים התלת-ממדיים שלהם השתנו בהתאם לשינויים בריכוז המלח בתמיסה. עם זאת, במפתיע, חישובים שערכו החוקרים על בסיס נתוני הניסוי הראו כי השינויים לא השפיעו על תפקוד רשת החלבונים. זאת, מפני שחמשת החלבונים השתנו באופן מתואם – הם תפחו או הצטמקו יחד בתגובה לשינוי מסוים – כך שכלל תפקוד הרשת נותר ללא שינוי. "הראינו כי חלבונים לא-מסודרים רגישים לסביבתם", אומר ד"ר הופמן ומוסיף: "אך הראינו גם כי הרשת שאותה הם יוצרים מחפה על רגישות זו ונשארת יציבה דיה כדי להמשיך לתפקד למרות השינויים".

ממצאים אלה מצביעים על כך כי חלבונים לא-מסודרים יוצרים רשתות עמידות המתאימות לביצוע משימות חיוניות בתא. הממצאים עשויים לשפוך אור על תהליכים תאיים שבהם משתתפים חלבונים אלה; כך למשל חלבונים לא-מסודרים ממלאים תפקידי מפתח בסרטן, ובהם מדכא הגידולים הנודע P53 והאונקוגן הקרוי c-Myc

כ-50% מהרגישות של חלבונים לא-מסודרים לסביבה התוך-תאית נובעת מעצם כך שהם אינם מסודרים.

שתף