מדעני מכון ויצמן למדע גילו: בתהליכי החיים בתא, מתחוללים עומסי תנועה, "פקקים", ותאונות דרכים

בתהליך השיעתוק "נוסעים" אנזימים על "מסילה" שהיא, למעשה, מקטע גנטי (הידוע כ"גן"), המשועתק על ידם. בתהליך זה יוצרים האנזימים מולקולות שהן תעתיק של הגנים, הממלאות תפקיד בתרגום הרצף הגנטי (על-פי הצופן הגנטי) לחלבונים (החלבונים הם אלה שמפעילים את מנגנוני החיים בתא). פרופ' דיקשטיין וחברי קבוצת המחקר שהיא עומדת בראשה גילו שבדיוק כמו בכביש, שמירת מרחק מתאים בין המכוניות, כלומר, בין אנזימי השיעתוק, חיונית כדי להימנע מתאונות ולהגיע למטרה בשלום. מלבדה השתתפו במחקר ד"ר נדב מרבך-בר, אמיתי בן-נון, שקד אשכנזי, אנה תמרקין-בן הרוש, ד"ר טלי אבנית-שגיא ופרופ' מיכאל ווקר.

המדענים חקרו את שיעתוק הגנים המקודדים מולקולות בקרה קטנות הקרויות מיקרו-אר-אן-אי. הניסוי בוצע בתאי אדם ובמסגרתו נבחנו תהליכי שיעתוק שבוצעו בקצבים שונים: קצב גבוה, בו נעים האנזימים ב"צרורות", וקצב נמוך בו האנזימים יוצאים בהפרשי זמן גדולים יחסית. התוצאות היו מפתיעות ולכאורה נוגדות את ההיגיון: כאשר אנזימי השיעתוק יצאו למשימה בצרורות, פחתה כמות המיקרו-אר-אן-אי שנוצרה. לעומת זאת, כאשר האנזימים יצאו לדרכם בהפרשים גדולים יותר, היה יצור המיקרו-אר-אן-אי יעיל יותר.

המדענים גילו שכאשר האנזימים יוצאים למשימה ב"צרורות", נוצרים פקקי תנועה, ממש כפי שקורה בשעות העומס בכבישים. כאשר האנזים הראשון נעצר ב"פסי האטה" – אות מולקולרי הגורם להפסקה השיעתוק – האנזימים הבאים אחריו מתנגשים בו, כמו ב"תאונת שרשרת" - ונופלים מהגן (או "יורדים מהפסים"). תאונות כאלה מפחיתות את כמות המיקרו-אר-אן-אי הנוצרת. לעומת זאת, כאשר האנזימים יוצאים לדרכם במרווחי זמן גדולים יותר, הם שומרים על מרחק ביטחון אחד מהשני, וכך הנסיעה חלקה יותר, ללא תאונות דרכים, וכתוצאה מכך עולה היעילות של ייצור המיקרו-אר-אן-אי בתא.

ממצאים אלה שופכים אור חדש על ייצור המיקרו-אר-אן-אי, ובכך עשויים לסייע בתכנון תרופות המבוססות על מולקולות אלה. המיקרו-אר-אן-אי התגלו בשנות ה-90 של המאה הקודמת, והן עשויות למלא תפקיד מפתח ברפואה העתידית, בין היתר מכיוון שהן שולטות בהתבטאות של גנים, ובהם גנים המעורבים בהתפתחות של מחלות סרטניות.

ממצא נוסף שעולה מהמחקר הנוכחי הוא, שבזמן דלקת, כאשר הגוף מאויים על-ידי פולשים (נגיפים, או חיידקים), נבלם זמנית ייצור המיקרו-אר-אן-אי האנטי-דלקתי. הבלימה נובעת מהגדלת קצב התנועה של אנזימי השיעתוק, היוצאים להגן על הגוף. כתוצאה מהגברת הקצב, גנים דלקתיים ללא "פסי האטה" משועתקים בכמות גדולה ואילו בגן המקודד את המיקרו-אר-אן-אי האנטי-דלקתי נוצרים פקקי תנועה ו"תאונות דרכים" אשר מפחיתים את יצור המיקרו-אר-אן-אי. הפחתה זו "קונה זמן" בשביל הדלקת, ומאפשרת לה לבצע את פעולת הריפוי שלה, לפני שהמיקרו-אר-אן-אי שם לה קץ.

בנוסף, המחקר החדש מסביר ממצא שעלה בעבר במעבדתה של פרופ' דיקשטיין, לפיו בגנים ארוכים יותר נוטה קצב השילוח של אנזימי השיעתוק להיות איטי יותר. ככל שהגן ארוך יותר, כך יש סיכוי רב יותר שיימצאו בו "פסי האטה" מולקולריים העלולים ליצור פקקי תנועה ולשבש את השיעתוק. לכן אנזימי שיעתוק הנעים על הגנים האלה בקצב נמוך יותר יכולים לעשות את עבודתם ביעילות גדולה יותר, בהשוואה ליעילותם של אנזימים היוצאים לדרך ב"צרורות".