הינך נמצא כאן

מכוונים לדעת גדולים

01.09.2014

  פרופ' בני גיגר, ד"ר ערן בוכבינדר וד"ר אריאל ליבנה. אתרי מגע

במשל הידוע על האלון וקנה הסוף, או במחזה "אדם לכל עת", יש משהו שרומז לנו כי החָפֵץ חיים, טוב יעשה אם ישנה כיוון ויתאים את עצמו כשמופעל עליו כוח חיצוני, לפחות עד שישתנה כיוון הרוח, או הלחץ. העיקרון הזה נכון גם בעולמם של התאים החיים, ובמיוחד אלה הממוקמים ברקמות הנתונות ללחצים אשר עולים ויורדים לסירוגין, כמו כלי הדם המתרחבים ומתרפים חליפות בהתאם לפעימות הלב, או צינורות מערכת הנשימה אשר משנים את ממדיהם עם כל שאיפה ונשיפה.

 

כך, למשל, התאים המרכיבים את כלי הדם אמורים לשאול את עצמם לאן בדיוק לנוע, לאיזה כיוון לפנות, כאשר הדם נדחס לתוך הצינורות ומותח אותם בעוצמה. התשובה העקרונית פשוטה: עליהם לפנות אל הכיוון שכאשר יתייצבו בו, יוכלו להתמודד בקלות רבה יותר עם הלחץ. ואכן, תצפיות רבות הראו שתאים הצמודים למשטח שמופעל עליו מאמץ מתיחה, או שהוא חשוף לזרימת דם בכיוון מסוים, מתארגנים פחות או יותר בכיוון אחד (כאשר ״כיוון התא״ מוגדר ככיוון ציר האורך שלו). אבל, כאשר מבקשים לחדד את התשובה ולעבור מניסוח תיאורי לניתוח פיסיקלי מדויק וליכולת ניבוי, הדברים נעשים מורכבים הרבה יותר.

 

החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר אריאל ליבנה, ממעבדתו של פרופ' בני גיגר במחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון ויצמן למדע, נכנס באחרונה לעובי הקורה של השאלה הבסיסית הזאת –וחזר ממנה עם תובנות מפתיעות, שמי שרוצה, יכול לראות בהן גם אנלוגיה מסוימת למצבים בחייהם של בני-אדם.

 

זה אולי המקום לתאר מה קורה לתא כאשר הוא נמתח. בשולי התא מצויים אתרי מגע הנצמדים למשטח, או מרפים ממנו. בין אתרי המגע מחברים סיבים של השלד התאי, המתַפקדים כמעין רשת של קפיצים אשר מפעילים כוחות על אתרי המגע הקשורים אליהם. מודלים שהתמקדו בתיאור התנהגות התאים תחת לחץ התייחסו בעיקר לשאלת כוחות המתיחה של ה"קפיץ", אשר גורמים לשינויים במבנה אתרי המגע, ובעקבותיהם לשינויים (למשל, הצרה, התארכות) בארגון התא, המשפיעים על צורתו, על תנועתו ועל גורלו.

 

ד"ר ליבנה, שהביא איתו למעבדה במדעי החיים שיטות עבודה ומחקר פיסיקליות, בחן תאים הנמצאים תחת לחץ ומגיבים אליו, במערכות מבוקרות היטב ובאמצעות מיקרוסקופיה מתקדמת. כך עלה בידו להבחין, כי בניגוד לדעה הרווחת, הימתחות ה"קפיץ" של סיבי השלד התאי אינה מספיקה לקביעת כיוון התא. מנגד, לא רק בשלד התאי מתרחשת מתיחה, אלא גם באתרי המגע עצמם, שעד למחקר הנוכחי לא נחשבו לגורם ראשוני ומשמעותי בתהליך. האם שינויים מולקולריים המתחוללים באתרי המגע הללו בעת המתיחה, אשר נועדו לאפשר לאתרי המגע עצמם "למצוא לעצמם מנוחה" במצב שהתנוחה בו "תעלה להם" פחות ככל האפשר במונחי אנרגיה, יכולים לכוון שינוי בהתארגנות התא השלם?

 

למעלה: תאים הגדלים בתרבית. אחרי המתיחה מאורגנים התאים בכיוון אחיד. למטה מימין: אתרי המגע (בירוק) בקצות סיבי השלד התאי. משמאל: אחידות הכיוון של סיבי השלד התאי לאחר מתיחה

בשלב זה פנה ד"ר ליבנה לד"ר ערן בוכבינדר מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, שמחקריו עוסקים בין היתר באופן שבו מתמודדים משטחים עם כוחות המופעלים עליהם. המדענים פיתחו מודל מתמטי המתאר את התגובות של אתרי המגע ללחץ, וצופה כי התגובות האלה הן הגורם העיקרי אשר משפיע על התא השלם בתהליך שינוי הכיוון ו"מנווט" אותו. מודל זה הצליח לחזות בהצלחה את שינויי הכיוון – הן שינוי הזווית, והן קצב התנועה – שביצעו תאים בתגובה ללחצים. ממצאים אלה התפרסמו באחרונה בכתב- העת המדעי Nature Communications.

 

במילים אחרות, מתברר שהשינוי מתחיל מהשטח, ולא בהכרח מה"מיפקדה". יחידות השטח הקטנות, המרוחקות ממרכזי הכוח, הן אלה שמקבלות החלטות ו"מחזיקות בהגה" של התא השלם והמורכב. מי שרוצה לראות בזה אנלוגיה דמוקרטית לשינויי כיוון במערכות גדולות, מוזמן לעשות זאת על אחריותו האישית.

 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

אינסטגרם