מדעני מכון ויצמן גילו קבוצת גנים הבולמים תהליכי התחלקות של תאים ומונעים התפתחות של גידול סרטני

תאים סרטניים נבדלים מתאים נורמליים, בין היתר, בתהליכי החלוקה וההתרבות שלהם. כאשר תא נורמלי מקבל איתות חיצוני הפוקד עליו להתחלק ולהתרבות, הוא מציית לפקודה, תוך הפעלה של "מערכת בלמים" יעילה, אשר מגבילה את תהליך ההתרבות ולאחר מספר מחזורי התחלקות, מחזירה את התא למצב מנוחה. בדרך זו מגן הגוף על עצמו מהתחלקות בלתי-מבוקרת של תאים.בתא הסרטני, לעומת זאת, נפגעת מערכת הבלמים, דבר שגורם להתרבות בלתי-מבוקרת של התא, ולהיווצרות גידול סרטני. מדעני מכון ויצמן חקרו את "מערכת הבלמים" וגילו כמה מהגנים המפעילים אותה. על-פי ממצאי המחקר, המתפרסמים היום במהדורה המקוונת בכתב-העת המדעי Nature Genetics, פעילות לא תקינה של הגנים הללו מאפיינת סוגים שונים של מחלות סרטניות, וקשורה למידת האלימות של הגידול הסרטני. תובנות אלו עשויות לסייע, בעתיד, לפיתוח דרכים ושיטות לתיקון מערכת הבלמים הפגומה, במטרה לעצור את התהליך הסרטני.

בשלב הראשון ביקשו המדענים למפות את מערכת הגנים המופעלת בתא נורמלי, בתגובה לקבלת פקודה המורה לו להתחלק. האיתות מגיע אל התאים מבחוץ, באמצעות הורמון מסוים, הקרוי "גורם גדילה", אשר מפעיל שרשרת אירועים בתוך התא. כתוצאה מכך, התא מייצר חלבונים מסוימים, על-פי רצף הדי-אן-אי של הגן המקדד אותם. בשנים האחרונות התברר כי הורמון זה מעורב בהתפתחות סוגים שונים של סרטן, אך במחקר הנוכחי המדענים ביקשו לדעת אילו גנים, בדיוק, אחראיים להפעלת מערכת הבלמים של התא. כדי למצוא תשובה לשאלה זו, נדרשו המדענים לסרוק כמות עצומה של גנים, לאסוף נתונים כמותיים מדויקים אודות פעילותם, ולזהות את דפוסי הפעילות שלהם. כדי להתמודד עם משימה רחבת היקף זו, שיתפו פעולה מדענים מתחומי מחקר שונים: פרופ' יוסף ירדן מהמחלקה לבקרה ביולוגית, פרופ' איתן דומאני מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות, פרופ' אורי אלון מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא, וד"ר ערן סגל מהמחלקה למתמטיקה שימושית ומדעי המחשב, כולם ממכון ויצמן למדע. יחד אתם עבדו פרופ' גדעון רכבי מהמרכז הרפואי על-שם שיבא בתל-השומר, וחוקרים במרכז אנדרסון לחקר הסרטן ביוסטון, טקסס.

השימוש בשיטות מחקר מתחום הפיסיקה, המתמטיקה ומדעי המחשב לצורך ארגון וניתוח מידע ביולוגי, הולך וצובר תאוצה בשנים האחרונות, בעיקר במחקרים מעין זה, בהם מתמודדים המדענים עם כמויות עצומות של מידע. מדעני מכון ויצמן היו מהראשונים להכיר בחשיבותה של פריצת הגבולות בין התחומים המדעיים המסורתיים, ומכון ויצמן למדע הוא מהמובילים במחקר רב-תחומי מסוג זה.

שיתוף הפעולה הביא לתוצאות מפתיעות: התברר שבעקבות התקשרות "גורם הגדילה" אל התא, מתחוללים בתא מספר "גלים" של פעילות גנים. קבוצות שונות של גנים מופעלות ומכובות בטווחי זמן שונים. הגל הראשון כלל גנים מעטים, שפעילותם עולה במשך 20 עד 40 דקות לאחר החשיפה לגורם הגדילה. גנים אלה אחראיים בעיקר לתגובה ה"חיובית" לגורם הגדילה, כלומר, הם גורמים לחלוקת התא. לעומת זאת, בארבעת הגלים המאוחרים יותר, בטווח של 40 - 240 דקות, הופעלו גנים האחראים לכיבוי התגובה ולעצירת ההתחלקות. בהמשך התמקדו החוקרים במספר "גנים מכבים" מתוך הגלים המאוחרים, מתוך הנחה כי גנים אלה – הפעילים בתאים נורמליים - יכולים לתפקד גם כמדכאי-גידול, ולעצור את החלוקה הבלתי-מבוקרת, האופיינית לתאים סרטניים.

כדי להוכיח כי הגנים שבגלים המאוחרים אכן מתפקדים כ"גנים מכבים", חיפשו החוקרים גנים אשר החלבונים שהם מייצרים מסוגלים לבלום את פעילותם של גנים אחרים (שפעילותם גורמת להתחלקות התא), באמצעות קישור ישיר אליהם. במחקר רחב היקף נמצאו כ-50 גנים מכבים, או בולמי גדילה, שהחלבונים שהם מייצרים נקשרים לגנים של הגל הראשון – ובולמים אותם. 

חלבון נוסף שנוצר באחד הגלים המאוחרים, עוצר את התגובה לגורם הגדילה בדרך אחרת: הוא פשוט "הורג את השליח" (מולקולות אר-אן-אי שליח). מולקולות אלו  מעבירות את המידע הגנטי מהגן שבגרעין התא, אל מערכת ייצור החלבונים של התא, המייצרת על-פיו את החלבון שגורם להתחלקות התא. החלבון המכבה נקשר אל האר-אן-אי שליח, מפנה אותו לפירוק, ובכך מחבל בתהליך פעילותו של הגן הגורם להתחלקות.

בבדיקות שבוצעו בחולות בסרטן השחלות, גילו המדענים כי קיים מתאם בין חוסר פעילות, או רמת פעילות נמוכה, של הגנים המכבים שגילו, לבין תוחלת חיים נמוכה של החולות. רמת פעילות נמוכה של הגנים האלה נמצאה קשורה למדדים קליניים נוספים לחומרת המחלה. ממצאים אלה יכולים להוביל לפיתוחו של פרופיל גנטי אישי, המתאר את רמת הפעילות של הגנים השונים שעוצרים את תהליכי הגדילה והחלוקה של התא, בגופו של כל חולה. פרופיל גנטי אישי כזה יגדיר במדויק את השיבוש שגרם למחלת הסרטן, ובכך יאפשר התאמת טיפול ממוקד ויעיל על-פי המאפיינים הגנטיים של כל חולה. הפרופיל הגנטי יסייע גם בחיזוי מידת האלימות של הגידול הסרטני. זיהוי הגורמים שמפריעים לגנים המכבים לפעול כראוי, כמו, למשל, מוטציות גנטיות, ופיתוח שיטות להפעלה תקינה של הגנים הללו, יוכלו אולי, בעתיד, לסייע בפיתוח דרכים למניעת חלוקה בלתי-מבוקרת של תאים, ולבלימת התהליך הסרטני. 

במחקר השתתפו תלמידי המחקר עידו עמית, עמי צתרי, גבי טרסיק ומנחם כץ, מקבוצת המחקר של פרופ' יוסף ירדן במחלקה לבקרה ביולוגית, טל שי מקבוצת המחקר של פרופ' איתן דומאני במחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות, יסמין יעקב-הירש ונינט אמריליו מקבוצתו של פרופ' גדעון רכבי במרכז הרפואי על-שם שיבא ובבית-הספר לרפואה באוניברסיטת תל-אביב, נורה וייסמן מחברת סיגמא-אולדריץ' ישראל, וקבוצת המחקר של פרופ' גורדון ב. מילס ממרכז אנדרסון לחקר הסרטן ביוסטון, טקסס.