לאן נעלמו המיטוכונדריות האבהיות?

העובדה שכל היצורים החיים יורשים את המיטוכונדריות – "תחנות הכוח" התאיות – מהאם, מוכרת וידועה. אך מה בדיוק קורה למיטוכונדריות האבהיות במהלך ההפריה? השאלה, מדוע וכיצד נמנעת העברת המיטוכונדריות מהאבות לצאצאיהם, היא עדיין בגדר מיסתורין, וזאת למרות שמדובר בתופעה אשר נשמרה היטב לאורך האבולוציה, ובקרב כל המינים.
באחרונה גילו ד"ר אלי ארמה וחברי קבוצתו מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית בועיות תאיות (ווסיקולות) מיוחדות, הנוצרות בביציות של זבוב הפירות, שתפקידן להשמיד את המיטוכונדריות האבהיות בזמן ההפריה. המחקר, שהתפרסם בכתב-העת המדעי Developmental Cell, עשוי לתרום, בעתיד, לשיפור ההליך של הפריה חוץ-גופית ולהבנת בעיות פוריות בקרב גברים.

המחקר מסייע לשפוך אור על שתי תיאוריות מתחרות בנוגע להשמדת המיטוכונדריות האבהיות. על פי התיאוריה האקטיבית, המיטוכונדריות האבהיות מושמדות באמצעות מערכת תאית של "אכילה עצמית", המוכרת כ"אוטופאגיה בררנית". בתהליך זה עוטפות בועיות הקרויות אוטופאגוזומים מבנים לא רצויים – כמו חלבונים או אברונים תאיים לא תקינים, והם מובלים לפירוק. אולם, המחקרים התומכים בתיאוריה זו נעשו בתולעים, שמבנה תא הזרע שלהן שונה באופן משמעותי מתא הזרע של יונקים ושל זבובי פירות, שהוא מאורך ומכיל זנב (שוטון). בשוטון מרוכזות המיטוכונדריות המקושרות זו לזו ליצירת מעין צינור ארוך, אשר מחובר או מלופף מסביב למבנה השלד של השוטון – הקרוי אקסונים (axoneme). האם יכולות בועיות האוטופאגוזום להקיף ולפרק מבנה כה גדול, שאורכו, בזבוב פירות, מגיע עד כ-2 מ"מ?
התיאוריה הפסיבית מבוססת בעיקר על שני מחקרים בעכברים, וטוענת כי המיטוכונדריות האבהיות מדוללות בכמות עודפת של מיטוכונדריות אימהיות. עם זאת, תיאוריה זו אינה מסבירה את הימצאותם של סמנים גנטיים מסוימים הקשורים לאוטופאגיה במיטוכונדריות האבהיות מיד לאחר ההפריה.

המחקר הנוכחי, אותו הובילו תלמידי המחקר לירון גל ויואב פוליתי, ביחד עם ד"ר יוסי קאליפא (מתמחה בכיר דאז) ותלמידת המחקר (דאז) ד"ר ליאת רביד, כולם מקבוצתו של ד"ר ארמה, ובסיועו של פרופ' זבולון אלעזר מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון, מגלה כי המיטוכונדריות האבהיות אכן נהרסות בתהליך פעיל. ברגע שבו חודר הזרע לביצית, נמשכות הבועיות התאיות – שכבר מצויות בביצית של זבוב הפירות – לזרע. לאחר מכן הן מפרקות את הקרום החיצוני של תאי הזרע ומאפשרות הפרדה של המיטוכונדריות משלד השוטון. אז נחתך הצינור המיטוכונדריאלי הארוך לפיסות קטנות, ואלה "נזללות" ונהרסות בתהליך של אוטופאגיה בררנית.

מבט קרוב יותר גילה כי הבועיות התאיות האלה אינן דומות לאלה של האוטופאגיה, אלא לסוג של בועיות המעורב במסלול תאי אחר, ובכל זאת הן הכילו סמנים גנטיים של מנגנון האוטופגיה. "הדבר שראינו לא היה מסלול אוטופאגיה קלאסי", אומר ד"ר ארמה, "שכן הבועיות המעורבות בו היו גדולות במידה ניכרת, ולא דמו מבחינה מורפולוגית לאוטופאגוזומים". ממצאי המחקר רומזים כי הבועיות הייחודיות של הביצית מהוות חלק ממערכת חדשה, אשר מורכבת משילוב של תהליכים ביולוגיים נפרדים, שהם שונים במידת מה מהתיפקוד הקלאסי המוכר שלהם.

המדענים מאמינים, כי ממצאים אלה יהיו תקפים עבור כל יצור המייצר תאי זרע בעלי שוטון, בכללם בני אדם, וכי הם עשויים לסייע, בין היתר, להבנת העובדה שרק כרבע מההפריות החוץ-גופיות הפולשניות מובילות להריון תקין. האם ייתכן כי ההליך הרפואי הפולשני פוגע ביכולתה של הביצית להרוס מיטוכונדריות אבהיות? ד"ר ארמה וחברי צוותו מקווים, כי מחקרים נוספים בנושא זה ישפכו אור נוסף על מיגוון שאלות הקשורות למיטוכונדריות האבהיות, כשהמטרה הסופית היא הבנה טובה יותר של גורמים מיטוכונדריאליים הקשורים בפוריות הגבר, וכן הבנת התחלופה הנורמלית של מיטוכונדריות בתאים – נושא הקשור למחלות עצביות ניווניות כמו פרקינסון.

למידע נוסף אפשר לפנות למשרד הדובר במכון ויצמן למדע: 08-9343856