הינך נמצא כאן

הגודל קובע

23.08.2012

כיצד תאים מצליחים למדוד את הגודל שלהם? שאלה זו היא בעלת משמעות מיוחדת כאשר מדובר בתא גדול, כמו לדוגמה תא עצב במערכת העצבים ההיקפית, אשר יוצר שלוחות – אקסונים – שאורכן יכול להגיע עד מטר אחד בבני אדם, פי 20,000 מרוחבו של תא ממוצע. השלוחה המתפתחת זקוקה לאספקה קבועה של חומרי בניין. ללא מידע בסיסי על המרחק אותו יש לעבור, עלולה הובלת החומרים לקצה השלוחה להפוך לסיוט לוגיסטי, ולגרום לפקקי תנועה בקווי האספקה. סביר להניח, כי תאים ארוכים כאלה מודדים את גודלם באופן מתמשך כדי לנהל את תהליך הצמיחה, אבל עד כה לא ידעו מדענים כיצד בדיוק הם עושים זאת.

פרופ' מייק פיינזילבר וד"ר אידה רישל. הסעה
 

ד"ר אידה רישל ופרופ' מייק פיינזילבר מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון, ביחד עם עמיתיהם, סיפקו באחרונה את התשובה עבור תאים גדולים – כמו תאי עצב. ממצאים אלה עשויים גם לקדם את יכולתנו להאיץ את שיקומם של תאי עצב פגועים.


פרופ' פיינזילבר וד"ר רישל, יחד עם ד"ר נעמן קם ורותם בן-טוב פרי מהמחלקה לכימיה ביולוגית, ד"ר ורה שינדר מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי, פרופ' אליזבת פישר מהיוניברסיטי קולג' בלונדון, ופרופ' ג'יאמפייטרו סקיאבו מהמכון לחקר הסרטן בלונדון, סברו כי ייתכן שהפתרון לשאלה טמון ב"מערכת ההסעה" אשר חוצה את תא העצב לכל אורכו, ומובילה אותות ומטענים לאורך התא. המערכת כוללת "מסילה" הבנויה מצינוריות זעירות, ושני סוגים של מנועים הנעים לאורכן: סוג אחד, קינזין, נע אך ורק ממרכז התא אל קצה האקסון, ואילו הסוג האחר, דיינין, נע בכיוון ההפוך, מקצה האקסון אל מרכז התא. האם התא מנצל את האותות הנישאים על המנועים האלה כדי למדוד את אורכו?


בשלב הראשון יצרו המדענים מודלים ממוחשבים, אשר מתארים מנגנונים אפשריים שבאמצעותם עשויים המנועים התאיים למדוד את המרחק שהם עוברים. לפי מודל אחד, מנועי הדיינין, הנעים לכיוון מרכז התא, משחררים בהדרגה אותותכמו פיזור פרורי לחם לאורך השביל במרחקים קבועים. כמות האותות שנותרה ברשותם בסוף המסלול תאפשר לגלות את המרחק שעברו. לפי מודל זה, הפחתת מספר מנועי הדיינין תוביל לירידה במספר האותות שנותרו בסוף המסלול, ולכן תגרום להערכת יתר של אורך התא. כתוצאה מכך יואט קצב גידול השלוחות, ובסופו של תהליך הצמיחה הן יהיו קצרות יותר.


המודל השני מבוסס על לולאת משוב בין שני סוגי המנועים. כאשר האות הנשלח מאחד המנועים מגיע לסוף הקו, הוא מפעיל איתות נוסף הנשלח בחזרה על-ידי המנוע השני, ומעכב בהגעתו את משלוח האות המקורי, וחוזר חלילה. במקרה זה, מדידת האורך מבוססת על תזמון, או, ליתר דיוק, על שכיחות קליטת האותות בנקודות הקצה. אפשר לדמות את המנגנון למשחק פינג-פונג: כאשר משחקים על שטח קטן, קרוב לרשת, יהיו המכות מהירות יותר. לעומת זאת, משחק מקצות השולחן יוביל להפסקות ממושכות יותר בין מכת מחבט אחת לשנייה. בניגוד למודל הראשון, במקרה זה, הפחתה בכמות של אחד המנועים תגרום דווקא לצמיחה מהירה יותר וליצירת שלוחות ארוכות יותר, משום שתדירות האותות תפחת בקצב איטי יותר.


בשלב השני ביצעו המדענים ניסויים, תחילה בתרביות תאים ולאחר מכן בעכברים, בהם הפחיתו את כמות הדיינין. בשני המקרים צמחו השלוחות לאורך גדול מהרגיל, וכך שללו את נכונות המודל הראשון, וחיזקו את נכונות המודל השני.


בשלב האחרון ביקשו המדענים לבדוק אם המנגנון ייחודי לתאי עצב, או שאולי תאים גדולים נוספים משתמשים בשיטות דומות כדי למדוד את גודלם, וחזרו על הניסוי בתאי רקמת חיבור – הקרויים פיברובלסטים. גם במקרה זה מצאו המדענים עדויות לשימוש באותו מנגנון, המבוסס על תדירות האותות.


הממצאים לא רק מספקים הסבר אפשרי למיסתורין ארוך שנים - כיצד מעריכים תאים גדולים את גודלם, אלא הם גם בעלי משמעות למחקר על התחדשות תאי עצב. תאי עצב השייכים למערכת העצבים ההיקפית מסוגלים אמנם לצמוח מחדש לאחר פגיעה, אך מדובר בתהליך איטי ביותר, ולעיתים נדרשות שנים עד לחזרתם לגודל המקורי. חלק מהסיבה לכך היא, שברגע שתא עצב מגיע ליעדו – דבר שקורה בדרך כלל במהלך ההתפתחות העוברית – הוא מפסיק לצמוח ולהתארך מהקצה, ובמקום זאת גדל באמצעות התמתחות לכל אורכו. הבנת האותות המדויקים בהם משתמש התא לא רק כדי למדוד את עצמו, אלא גם כדי לכוון את גדילתו בהתאם, עשויה להצביע על כיוונים חדשים להאצת ההתחדשות של תאי עצב.

בתאי עצב מוטנטיים (מימין), בהם מופחתת כמות הדיינין, צומחות השלוחות לאורך גדול יותר מזה של תאי העצב הרגילים (משמאל)
 

 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם