חידת הקולגן

בזמן התפתחות העובר נוצרות בו כמויות גדולות של קולגן, חומר-המוצא לבניית העצם. מאחר שהפקת הקולגן היא תהליך מורכב ורב-שלבי, אשר דורש חמצן רב, ניתן היה לצפות כי העצם הצומחת תקבל אספקה גדולה של חמצן. אך באופן מפתיע, בדיוק ההיפך הוא הנכון. העצם, כאיבר פנימי, מקבלת כמויות קטנות של חמצן – ביחס לרקמות החיצוניות של העובר. יתר על כן, רקמת הסחוס, המקדימה את היווצרות העצם, דוחה מתוכה החוצה באופן פעיל את כלי הדם הנושאים את החמצן.

פרופ' אלעזר זלצר, ליטל בן טובים, ותלמיד המחקר דאז ד"ר רועי אמריגליו, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, חקרו את היווצרות הקולגן בעצם הצומחת של עוברי עכבר. הם התמקדו במולקולה הקרויה HIF1-α, אשר ממלאת תפקיד מרכזי בבקרת תגובת התא לרמות חמצן נמוכות ברקמות. המדענים גילו, כי HIF1-α מתפקדת גם כמתג בקרה מרכזי בבניית הקולגן, והופכת את התהליך ליעיל ביותר, על מנת לנצל את מעט החמצן באופן מיטבי. כאשר חסמו המדענים את פעילותה של מולקולה זו, נפגע ייצור הקולגן, והעצם לא צמחה כראוי.

מחוברים

 

שלב בסיסי בהרכבת מערכת השלד והשרירים הוא התפתחות יחידות החיבור בין העצם לבין הגידים. אלה הן בליטות בעלות צורות וגדלים שונים, הצומחות על פני השטח של העצם. בליטות אלה חיוניות לתיפקודה התקין של מערכת השלד והשרירים: הן מהוות נקודות אחיזה יציבות עבור השרירים, הנצמדים לעצם באמצעות הגידים, ומפזרות את המתח שמפעילים השרירים המתכווצים על העצם.
 

במחקר החדש, אשר נעשה בעוברי עכבר, גילו המדענים כי בליטות העצם נוצרות מקבוצת תאים שונה מהתאים בוני-העצם המוכרים, אשר לא הייתה ידועה קודם לכן. התאים בוני-הבליטות מתאפיינים במעין "פיצול אישיות": הם נשלטים בעת ובעונה אחת על-ידי שתי תוכנות גנטיות – אחת המתאימה לעצם, ושנייה המתאימה לגידים. הפיצול הזה הוא המאפשר את התחברותם של הגידים והשרירים אל 

בליטות העצם.

 

המדענים פיענחו את פרטי שתי התוכנות הגנטיות, ובכלל זה את מנגנוני הבקרה המולקולריים שלהן, באמצעות יצירת עוברי עכברים מוטנטים, בהם חסרו גנים מסוימים, ומעקב אחר התפתחותם. את המחקר ביצעו פרופ' אלעזר זלצר ותלמידת המחקר דאז ד"ר עינת בליץ, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון.

 

הגילוי שהעצמות נוצרות בעובר באופן מודולרי עשוי לעזור להסביר את התכונות המכניות שלהם, למשל, את יכולתם של אזורים אנטומיים שונים של העצם להתמודד בדרכים שונות עם מתח ועם משקל, דבר התורם לעמידתו ולגמישותו של השלד.