הינך נמצא כאן

מילים נרדפות

01.12.2014

פרופ' יצחק פלפל וד"ר הילה גינגולד. קוד גנטי
 
 
 
להתחלק או לא להתחלק: זו אחת ההחלטות הגורליות ביותר בחיי התא. מדעני מכון ויצמן למדע, בשיתוף עם מדענים מדנמרק, גילו באחרונה מנגנון אשר עוזר לשלוט בהחלטה זו בתאים בריאים ובתאים סרטניים כאחד. הממצאים, שדווחו בכתב-העת המדעי Cell, מאפיינים בצורה חדשה לחלוטין את ההבדל בין תאים מתחלקים לבין אלה שאינם מתחלקים. תגלית זו עשויה לקדם בעתיד את אבחון מחלת הסרטן, ואולי אפילו את פיתוחן של שיטות ריפוי מתקדמות.
 
המחקר התמקד ב"מילים נרדפות" בשפת הדי-אן-אי: מיקבצי קוד גנטי המורכבים משלוש אותיות ומקודדים אותה חומצת אמינו, שהיא אבן הבניין של החלבונים. כך למשל, שתי "המילים" הגנטיות, GAA ו-GAG, אמנם שונות מבחינה כימית, אך מייצרות אותה חומצת אמינו. כאשר הקוד הגנטי מתורגם לחלבונים – כלומר, כאשר חומצות אמינו מיוצרות על בסיס קוד הדי-אן-אי – לכל "מלה נרדפת" יש מולקולת קשר משלה, הקרויה tRNA. מולקולה זו, המאפשרת את התרגום לחומצת אמינו, מתפקדת כמכונה מולקולרית בעלת שני ראשים – ראש אחד קורא את הקוד הגנטי, בעוד הראש השני מספק את חומצת האמינו לחלבון הנבנה.
 
עד עכשיו לא היה ידוע על קשר משמעותי בין חלוקת התאים לבין קיומן של למעלה מ-60 "מילים" גנטיות נרדפות ומולקולות ה-tRNA השייכות להן. התפיסה הייתה, שיחסי הגומלין בין מולקולות ה-tRN השונות הם קבועים לאורך חייו של התא, ובכל מקרה, מדענים לא חשבו שיש לתנודות אפשריות ביחסים אלה חשיבות ביולוגית מסוימת.
 
פרופ' יצחק פלפל, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, החליט לחקור את יחסי הגומלין בין כמויות ה-tRNA השונות בתא, כאשר נודע לו כי חוקרים בדנמרק אספו מידע גנומי מלמעלה מ-400 בני אדם, וביניהם כ-300 חולי סרטן. החוקרים הדנים הכינו מאגר מידע עצום, הכולל מידע רב על מולקולות ה-tRNA השונות. ד"ר הילה גינגולד, מתמחה בקבוצתו של פרופ' פלפל, ניתחה את המידע על ה-tRNA באמצעות שבבי די-אן-אי ותוכנות מתמטיות, יחד עם ד"ר דיסה טלר וחוקרים אחרים בקבוצתו של פרופ' אנדרס לונד מאוניברסיטת קופנהגן, ובשיתוף עם חוקרים נוספים מדנמרק, מהולנד, משווייץ ומארצות-הברית.
 
תוצאות הניתוח היו כל כך מובהקות, עד שהן הפתיעו אפילו את החוקרים. הם גילו, כי כל תא מכיל אחת משתי תת-קבוצות של מולקולות tRNA: קבוצה אחת המאפיינת תאים מתחלקים, וקבוצה שנייה המאפיינת תאים שאינם מתחלקים. לדוגמה, בתאים מתחלקים נמצאו כמויות גדולות של מולקולת ה-tRNA אשר מתרגמת את "המלה הנרדפת" GAG. לעומת זאת, בתאים שאינם מתחלקים נמצאו כמויות גדולות של מולקולת ה-tRNA שמתרגמת את "המלה הנרדפת" GAA. כתוצאה מכך, לכל תא יש "חתימה" אופיינית של tRNA, המתבטאת בכמויות ייחודיות של כל מולקולות ה-tRNA השונות. במילים אחרות, באמצעות מדידת כמויות ה-tRNA אפשר לקבוע האם מדובר בתא בריא – שהפסיק להתחלק והתמיין לסוג מסוים, כמו תא עצם, דם או עור, או שמא זהו תא מתחלק – כמו שקורה בתאים סרטניים, בתאי גזע עובריים, ובתאי גזע אחרים. למעשה, לכל התאים הסרטניים שנבדקו במחקר הייתה אותה "חתימת" tRNA, ולכל סוג סרטן הייתה גרסת חתימה ייחודית משלו.
 
 
כאשר המדענים בחנו את הקשר בין מולקולות ה-tRNA השונות לבין סוגי גנים מסוימים, הם מצאו כי מולקולות ה-tRNA האופייניות בדרך כלל לתאים מתחלקים נטו להיות מעורבות בתרגום גנים האחראים להתנהגות "אנוכית" של תאים – כגון צמיחה מהירה, שלעיתים אינה מביאה בחשבון תאים שכנים – שהיא תכונה האופיינית לסרטן. לעומת זאת, מולקולות ה-tRNA הנמצאות בתאים לא-מתחלקים היו מעורבות בתרגום גנים שאחראים להתנהגויות "חברתיות" יותר, כגון היצמדות תאים או תקשורת בין תאים, האופייניות לרקמות בריאות.
 
המדענים משערים, כי ייתכן ששתי חתימות ה-tRNA נוצרו במהלך האבולוציה, כאחת הדרכים שבעזרתן מנסה הטבע למנוע סרטן. חתימות אלה מהוות מנגנון המגביר את יציבות התא, בכך שהן מבדילות בין מצב חלוקה לבין מצב תקין של אי-חלוקה. כאשר תא בריא ולא-מתחלק עומד להפוך לסרטני, הוא צריך לשנות את מלאי ה-tRNA שלו. משימה זו מציבה מכשול בדרך לחלוקה בלתי-מרוסנת: עד שהמלאי לא ישתנה, התא יתרגם ביעילות פחותה את הגנים בעלי הפוטנציאל הסרטני.
 
יהיה ההסבר האבולוציוני אשר יהיה, ניתוח חתימות ה-tRNA עשוי בעתיד לשמש לגילוי, לאבחון או לחיזוי התפתחותה של מחלת הסרטן. שיפור היכולת להבדיל בין תאים סרטניים לבין תאים בריאים עשוי גם לעזור בפיתוח תרופות אשר יתמקדו בגידול, ללא פגיעה ברקמות בריאות.
 
השוואה ממוחשבת בין הגנומים של תאים מ-450 דגימות רקמה: ההשוואה חשפה דמיון רב בין דפוס ה-tRNA בתאים סרטניים ובתאים בריאים מתחלקים (באדום, המלבן למעלה מימין), ודמיון מסוים בתאים שאינם מתחלקים (באדום, למטה משמאל); לעומת זאת, לא נמצא דמיון כאשר נערכה השוואה בין תאים מתחלקים לבין תאים שאינם מתחלקים (בכחול)‎‏
 
 
 
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם