שינוי ברמת הביטוי

 

דבר שהשליך אדם אחד, כך אומרים, עשוי להיות בעל ערך עבור אחר. עמית צייזל, תלמיד מחקר מקבוצתו של פרופ' איתן דומאני במחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות, וד"ר וולפגנג קוסטלר, רופא ותלמיד מחקר בקבוצתו של פרופ' יוסף ירדן מהמחלקה לבקרה ביולוגית, לא השליכו מידע שנראה, על פניו, חסר משמעות. מידע זה תרם תובנות חדשות ביחס לייצור אר-אן-איי בתא.

 

מקור הממצאים החדשים הוא במחקר קודם, שבו חקרו השניים את רמות האר-אן-איי-שליח – המולקולות הנושאות את ההוראות לייצור חלבונים ממקום משכנן בגנים, אל מחוץ לגרעין התא. תהליך ייצור האר-אן-איי כרוך, לכאורה, בבזבוז מסוים: הוא מתחיל במולקולות קדם-אר-אן-איי, שהן תעתיק מלא של הצופן הגנטי המצוי בדי-אן-איי. מתוך המולקולות האלה נגזרים קטעים מסוימים – הקרויים אקסונים – ומודבקים ברצף זה לזה, בעוד שקטעים אחרים – הקרויים אינטרונים – נשארים מחוץ למולקולת האר-אן-איי הסופית. לצורך מחקרם השתמשו צייזל וד"ר קוסטלר בכלי מחקר המאפשר להם לעקוב אחרי רמות הביטוי של הקטעים האלה – אקסונים ואינטרונים – כתלות בזמן, כאשר התאים מגיבים לגירוי חיצוני.

 

המעקב אחר שינויים ברמות הביטוי של מולקולות אר-אן-איי-שליח של גן מסוים, הנגרמים כתוצאה מגירוי חיצוני, הוא חלק ממחקר מתמשך שמבצעות במשותף הקבוצות של פרופ' דומאני ופרופ' ירדן, אשר עוסק בתזמון ייצור האר-אן-איי. בעקבות קבלת איתות מסוים מופעלת שורה של גנים בתא, ורמות האר-אן-איי של הגנים השונים מתחילות לעלות במדרגות שנראות מתוזמנות היטב: חלקם מגיעים לשיא חצי שעה לאחר האיתות, ואילו אחרים מגיעים לשיא רק כעבור שעה או שעתיים. מרבית החוקרים פשוט מתעלמים מהמידע על האינטרונים, שכן רק האקסונים נכנסים לרשימת ההוראות הסופית. צייזל וד"ר קוסטלר, שעסקו באקסונים, היו פתוחים לאפשרות כי גם המידע הנוגע לאינטרונים יימצא מועיל, והם השאירו חלק ממנו בקובצי הנתונים שלהם. הודות לכך, הם הצליחו להבחין בממצא מפתיע: פרופיל הייצור של הקדם-אר-אן-איי, כפי שהתבטא בכמויות ובתזמון של שיא הייצור, היה שונה לחלוטין מזה של האר-אן-איי-שליח.

 

המדענים הבינו, כי התגלית המקרית שלהם מאפשרת שיטה חדשה למדידת פעילות הקדם-אר-אן-איי של כל הגנים המתבטאים, בעת ובעונה אחת. ממצאיהם רמזו, כי הקדם-אר-אן-איי נוצר בלוח זמנים שונה מזה של האר-אן-איי-שליח, ולא, כמו שסברו עד אז, באופן מקביל. כדי לבדוק את הנושא, הם תכננו וביצעו ניסוי דומה, שכלל מדידה מפורטת ומדויקת יותר של אקסונים וגם של אינטרונים. גם בניסוי זה, בחלק מהמקרים עלו רמות הקדם-אר-אן-איי במהירות ובחדות, והגיעו לשיא מוקדם יותר מזה של האר-אן-איי-שליח – אשר הופיע בשלב מאוחר יותר.

 

בהמשך, שיתפו המדענים פעולה עם קבוצות נוספות במכון, כדי לבדוק את תקפות הממצאים שלהם בסוגים נוספים של תאים, ובתנאים שונים. הם גילו, כי הן בתאי המערכת החיסונית – שנבדקו במעבדתו של פרופ' סטפן יונג, והן בתאי הגזע העובריים - אותם חוקר ד"ר יואב סואן, קיימים גנים מסוימים שפרופיל ייצור האר-אן-איי שלהם תואם את התבנית שהתגלתה בניסוי המקורי.

 

המדענים קראו לשיאים הגבוהים, הצרים והמוקדמים בייצור הקדם-אר-אן-איי "ייצור עודף מתוכנן". פרופ' דומאני: "אנחנו מתחילים את התצפיות ברגע שבו התאים מקבלים את האיתות אשר מפעיל שורה מסוימת של אירועים. אם התאים זקוקים פתאום לכמות גדולה של חלבון מסוים, הרי שקפיצה מהירה בקדם-אר-אן-איי עשויה לזרז את העניין". הוא משווה את העיקרון להשתלבות של רכב לתוך תנועה בכביש מהיר: במקום ללחוץ בהדרגה על דוושת הגז עד להגעה למהירות החדשה, הנהג ייתן "פול גז" לזמן קצר, כדי להגיע מהר למהירות הרצויה, ורק אז יפחית את הלחץ שהוא מפעיל על הדוושה.

 

 

הממצאים החדשים מאתגרים את ההנחות הקודמות לגבי השלבים בתהליך ייצור חלבונים, ומלבד זאת, לדברי פרופ' דומאני, הוא מעניק לחוקרים מערך נתונים ידועים, המאפשר להם לחשב נתונים "בלתי-ידועים" רצויים. כך, לדוגמה, אם ידועים פרופילי הייצור לאורך זמן של הקדם-אר-אן-איי ושל האר-אן-איי-שליח, אפשר לחשב הן את קצב הייצור של הקדם-אר-אן-איי והן את קצב הפירוק של האר-אן-איי-שליח. למעשה, ממצאים אלה מסייעים למדענים ליצור תמונה מלאה יותר של בקרת האר-אן-איי-שליח: עודף ייצור של קדם-אר-אן-איי והתפרקות האר-אן-איי-שליח פועלים ביחד כמעין דוושות גז ובלמים, כדי לווסת את רמות הגנים המתבטאים במשך הזמן. כעת עוקב הצוות אחר רמות החלבונים, במטרה לקבל תמונה רחבה של התהליך השלם - מהרגע בו נוצר קדם-אר-אן-איי בשיעתוק מהגן ועד גמר ייצור החלבון. בנוסף, אומרים המדענים, הם למדו לקח יקר ערך: לא להיות מופתעים כשמידע אשר עשוי לשנות את דפוסי החשיבה יושב מתחת לאפכם – ב"ערימת הזבל".