הינך נמצא כאן

הכוח האימהי

29.05.2014

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. הדבר היחיד שידוע בוודאות הוא, שצריכה להיות סיבה טובה לכך, שכן מדובר בתופעה אשר נשמרה היטב לאורך האבולוציה, ובקרב כל המינים.
 
כעת גילו ד"ר אלי ארמה וחברי קבוצתו, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, בועיות תאיות (ואקואולות) מיוחדות, הנוצרות בביציות של זבוב הפירות, אשר מחפשות ומשמידות את המיטוכונדריות שמקורן באב בזמן ההפריה. המחקר, שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Developmental Cell, עשוי לתרום, בעתיד, לשיפור ההליך של הפריה חוץ- גופית ולהבנת בעיות פוריות בקרב גברים.
 
 
 
השמדת המיטוכונדריות האבהיות מוסברת באמצעות שתי תיאוריות ותיקות ומתחרות: התיאוריה האקטיבית והתיאוריה הפסיבית. על פי התיאוריה האקטיבית, המיטוכונדריות האבהיות מושמדות באמצעות מערכת תאית של "אכילה עצמית", המוכרת בשם אוטופאגיה בררנית. בתהליך זה עוטפות בועיות הקרויות אוטופאגוזומים מבנים לא רצויים – כמו חלבונים או אברונים תאיים לא תקינים. האוטופאגוזומים מובילים את הפסולת לבועיות מסוג אחר, הקרויות ליזוזומים, אשר מעכלות ומפרקות אותה. האוטופאגיה, על פי רוב, ידועה כתהליך "עיוור" – רק באחרונה החלו להופיע עדויות לכך שהיא יכולה לברור את המבנים המיועדים לפירוק.
 
המחקרים התומכים בתיאוריה הפעילה נעשו בתולעים (C. elegans), שמבנה תא הזרע שלהן שונה באופן משמעותי מזה של יונקים: תאי הזרע של התולעים הם דמויי אמבה, אינם מכילים שוטון, והמיטוכונדריות הבודדות מפוזרות בתוכם. תאי זרע שמקורם ביונקים או בזבובי פירות, לעומת זאת, הם מאורכים, ומכילים ראש (גרעין הדי-אן-אי) וזנב המכונה שוטון. המיטוכונדריות מרוכזות בשוטון, ומקושרות זו לזו ליצירת מעין צינור ארוך, אשר מחובר 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 הסיבה לחסרונן של מיטוכונדריות ממקור אבהי הוא דילולן בכמות העודפת של מיטוכונדריות אימהיות. עם זאת, תומכי התיאוריה אינם יכולים להסביר עדויות לקיומם של סמנים גנטיים מסוימים הקשורים לאוטופאגיה במיטוכונדריות האבהיות לאחר ההפריה.
 
המחקר הנוכחי, אותו הובילו תלמידי המחקר יואב פוליתי ולירון גל, 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, ומפרידות את המיטוכונדריות משלד השוטון. הצינור המיטוכונדריאלי הארוך נחתך לאחר מכן לפיסות קטנות, ואלה "נזללות" ונהרסות בתהליך של אוטופאגיה בררנית.
 
הבועיות האלה, במבט ראשון, נראו דומות למדי לסוג של בועיות המשתייכות למסלול ה"אנדוציטי", ולא למסלול האוטופאגיה. הבועיות מסוג זה הן למעשה "גופים רב-בועתיים", כלומר, מכילות מספר גדול של בועיות קטנות בתוך בועית גדולה. המסלול האנדוציטי מעורב, בין היתר, במיון חלבונים המיועדים להשמדה, וכן בהעברת אותות מתא לתא באמצעות איחוי קרום הבועית "הראשית" עם קרום תא, ושחרור הבועיות הקטנות, על תכולתן, לתוכו. באופן מפתיע, אותם גופים רב-בועתיים הכילו סמנים גנטיים למסלול האנדוציטי ולמסלול האוטופאגיה כאחד. "הדבר שראינו לא היה מסלול אוטופאגיה קלאסי", אומר ד"ר ארמה, "שכן הבועיות המעורבות בו היו גדולות במידה ניכרת, ולא דמו מבחינה מורפולוגית לאוטופאגוזומים".
 
המדענים שאלו את עצמם, כיצד מצליחות הבועיות לזהות באופן בררני את המיטוכונדריה, וגילו כי התשובה כרוכה במעורבותה של מערכת ביולוגית אחרת, היוביקויטין, שתפקידה בדרך כלל "לסמן" חלבונים המיועדים לפירוק. גם במקרה זה, הסימונים ש"הדביקה" המערכת היו דומים – אך לא זהים – לאלה בהם היא משתמשת במסלול הרגיל. כלומר, ממצאי המחקר רומזים כי הבועיות הייחודיות של הביצית מהוות חלק ממערכת חדשה, אשר מורכבת משילוב של שלושה תהליכים ביולוגיים נפרדים: אוטופאגיה, המסלול האנדוציטי, ומערכת היוביקויטין, אולם שלושת התהליכים האלה שונים במידת מה מהתיפקוד הקלאסי המוכר שלהם.
 
השאלה, מדוע המיטוכונדריות שמקורן באב מושמדות, נותרה בגדר תעלומה, אם כי קיימת עדות לכך שהשילוב בין הדי-אן-אי של מיטוכונדריות אימהיות ואבהיות עשוי להוביל לתיפקוד לא תקין של המיטוכונדריות, ואף למות התא. מחקר מעודכן יותר גילה, כי הדי-אן-אי המיטוכונדריאלי שמקורו באב נהרס כמעט לחלוטין כבר בזמן יצירת תא הזרע. לכן, קיומו של מסלול השמדת המיטוכונדריות האבהיות בביצית מעיד, כי אפילו "קליפת" המיטוכונדריה עלולה להכיל גורמים מזיקים, שיש למנוע את חדירתם לתוכה.
 
המדענים מאמינים, כי ממצאים אלה תקפים עבור כל יצור שתאי הזרע שלו מכילים שוטון, בהם 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 הבנת תחלופת המיטוכונדריות הנורמלית בתאים, והקשר שלה לבעיות פוריות של גברים.
מימין: יואב פוליתי, ד"ר אלי ארמה, לירון גל וד"ר יוסי קאליפא. תיאוריה אקטיבית
 
 
 
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם