הינך נמצא כאן

אצבע על הדופק

מדעני מכון ויצמן גילו מנגנון חדש המאפשר בקרה מהירה ומדויקת על אותות המועברים מתאי עצב לתאי שריר
01.03.2011

גיבור הסרט (כמו כל גיבור) יושב לו בניחותא עם חבריו, כאשר לפתע, ללא כל התרעה, מופיעה סכנת חיים - גל ענק, מפלצת או פושע צמא-דם - המכריחה אותו לקפוץ על רגליו ולהימלט על נפשו. במקרים כאלה חייב לבו להאיץ את פעימותיו באופן דרסטי כדי לפמפם מספיק דם לשרירים, כך שיוכל לברוח בבטחה. כיצד מעביר הלב "הילוך" במהירות רבה כל כך, מקצב נינוח לפמפום תזזיתי? מכיוון שכל אחד מכיר את הדרמה של סכנה פתאומית, השאלה הזו רלבנטית לכולנו, ולא רק לגיבורי קולנוע.

במחקר שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Cell דיווחו מדעני מכון ויצמן למדע על מנגנון חדש שגילו, המאפשר את הבקרה המהירה והמדויקת על אותות המועברים מתאי עצב לתאי שריר, כמו האותות השולטים בקצב פעימות שריר הלב. ממצאי המחקר הזה מסייעים להסביר את הדיוק יוצא הדופן של הבקרה על אותות בלב ובמוח. את המחקר ביצע תלמיד המחקר עדי רוה בשיתוף עם איילת קופר וליאורה גיא-דוד, במעבדתו של פרופ' איתן ראובני מהמחלקה לכימיה ביולוגית.
מימין: ד"ר עדי רוה, ליאורה גיא-דוד, אילת קופר ופרופ' איתן ראובני. חשמל בגוף
כדי להעביר אותות חשמליים בין תאי עצב, או בין תא עצב לתא שריר, נפתחות לרגע בקרום התא תעלות יוניות - צינורות קטנטנים שבעזרתם נוצרת הפעילות החשמלית בתא - כדי לאפשר מעבר יונים טעונים לתוך התא או החוצה ממנו. הפתיחה של התעלות מתרחשת לפי הוראה של מוליך עצבי (נוירוטרנסמיטר). המוליך העצבי מתפקד כמעין שליח כימי, אשר נקשר לקולטן בקרום התא ומפעיל מולקולה הקרויה חלבון G, המצויה בתוך התא. חלבון G פותח את תעלת היונים על ידי שינוי המבנה שלה - פעולה הדומה לשחרור לשון המנעול, המאפשר לדלת להיפתח.
 
כדי להכין את התא לקבלת האות הבא, תעלת היונים צריכה כמובן להיסגר. פעולה זו אכן מתרחשת כאשר המוליך העצבי פועל למשך טווח הקצר. במקרה כזה, לא נשלח יותר אות מקרום התא, וחלבון G מפסיק לפעול - דבר שגורם ל"לשון המנעול" להיסגר. במקרים בהם המוליך העצבי פועל לאורך זמן, יש לתא מנגנון נוסף המבטיח שתעלת היונים לא תישאר פתוחה לנצח. מנגנון זה מסתמך על "מבקר פנימי", אנזים הקרוי GRK, המבטל את פעילותו של הקולטן: הוא מצמיד מולקולת זרחן לקולטנים, וכך גורם לקולטנים אלה להיכנס לתוך התא. בעקבות זאת, הם אינם יכולים להגיב להגעתו של המוליך העצבי, ואינם גורמים לפתיחת התעלות.

דוגמה להתערבותו של ה"מבקר הפנימי" GRK קשורה במוליכים העצביים ארוכי הטווח כמו מורפיום ואופיאטים אחרים, המשמשים כמשככי כאבים. כשחומרים אלה ניתנים כתרופות, הם מאבדים את יעילותם אחרי זמן מה, משום שה-GRK מסלק את כל הקולטנים לחלבון G מקרום התא. כך נפסק למעשה מעבר האותות המורה על פתיחת תעלות היונים, ומשככי הכאבים אינם יכולים עוד לפעול. זוהי דוגמה למקרה בו מנגנון חיוני לתקשורת תאית הופך להפרעה המונעת טיפול רפואי. מסיבה זו, מומלץ לא לתת אופיאטים לאורך זמן ללא הפסקה, כדי שהחולים לא יאבדו את רגישותם לתרופות אלה.

פעולת הבקרה שמבצע ה-GRK, כלומר, משיכת הקולטנים לתוך התא, היא תהליך איטי יחסית, שעשוי להימשך מספר שעות. אך מה קורה אם צריך לסגור את התעלה באופן מיידי? למשל, כדי להאיץ את קצב הלב בעקבות שינוי סביבתי, צריך לבלום במהירות את המוליך העצבי אשר מאט את קצב הפעימות - כלומר, לסגור מיד את תעלת היונים - על מנת לפנות את  השטח לפעילותו של מוליך עצבי אחר, האדרנלין, אשר מאיץ את פעימות הלב. מדענים ידעו זה זמן מה, כי אכן אפשר לסגור את התעלה במהירות, אפילו בנוכחותו של מוליך עצבי ארוך-טווח. אך מה גורם לסגירה המהירה?
 
במחקרם החדש מצאו מדעני המכון את התשובה. הם גילו, ש-GRK "המבקר" יכול לשים קץ לפעילותו של חלבון G באמצעות מנגנון נוסף ובלתי-מוכר, הפועל במהירות רבה הרבה יותר ממשיכת הקולטן לתוך התא. מתברר, שה-GRK יכול פשוט למהר לכיוון תעלת היונים, ובתוך שניות לסלק משם את חלבון G בעצמו. וברגע שהוסר חלבון G, תעלת היונים נסגרת.

כדי לגלות את המנגנון, ביצעו המדענים ניסויים מתוחכמים עם תאי עצב ושריר. הם מדדו זרמים חשמליים העוברים דרך קרום התא, עקבו אחרי תנועת חלבונים בעזרת סימונים פלואורסצנטיים, ושיבשו באופן סלקטיבי את פעילותן של מולקולות מסוימות באמצעות מניפולציות גנטיות, כדי לברר את תפקידן בתא.
 
המנגנון החדש מסביר כיצד אפשר לכבות אותות חשמליים בגוף באופן מהיר ומדויק. הבנה זו שופכת אור חדש על תיפקודן של תעלות היונים בגוף כולו, אך בעיקר בלב ובמוח, בהם הבקרה המהירה על האותות היא חיונית. כך מצליח "המבקר" GRK לכבות במהירות את האות המאט את קצב הלב, ומכין את תאי השריר להגעת אות האדרנלין, אשר מאיץ מיד את קצב  הלב. כך מובטחת לשרירים כמות גדולה של דם הנדרשת לפעילות נמרצת כמו ריצה - כדי להבטיח שהגיבור הנמצא בסכנת חיים ישרוד עד סוף הסרט.

 

פרופ' איתן ראובני

לא על הלחם לבדו

פרופ' איתן ראובני הוא חובב מושבע של טבע וספורט. הוא משלב את שניהם ברכיבה באופני שטח, פעמיים בשבוע.
 
עיסוק נוסף האהוב עליו במיוחד בשעות הפנאי הוא בישול. בנוסף לרוסטביף ולפסטות, הוא מתמחה באפיית פיצות ולחם, תוך שימוש בשמרים "של פעם" - שמרים טבעיים הכוללים חיידקים, אשר גורמיםלבצק להחמיץ באיטיות ומקנים לו טעם חמצמץ. ראובני דוגל ביצירתיות במטבח, אך נעזר מדי פעם בספרי בישול. בין היתר, הוא ממליץ על הספר לאפיית לחם - The Chees Board Collective Works: Bread, Pastry, Cheese, Pizza
(Ten Speed Press, 2003)
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם