הינך נמצא כאן

שריר וקיים

01.03.2015

פרופ' טלילה וולק. חישנים מכניים

 
 
פעילות גופנית בונה שריר, וללא כל פעילות גופנית נחלשים השרירים במהירות ונפחם קטן - עובדות אלה ידועות היטב ומזמן, כך שמפתיע לגלות כמה מעט ידוע על המנגנון המולקולרי העומד מאחוריהן.
 
דגם תלת-ממדי ממוחשב של סיב שריר, בעל מספר גרעינים, של זחל זבוב הפירות
 
כעת מציעים מדעני מכון ויצמן למדע הסבר למנגנון זה. מחקר שבוצע במעבדתה של פרופ' טלילה וולק, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, מראה כי תאי השריר, הקרויים סיבים, שצורתם כגליל דק וארוך, מכילים חלבונים המתפקדים כחישנים מכניים – מולקולות המגיבות לכוחות פיסיים. חלבונים אלה, שהם בעלי תכונות אלסטיות המדמות אותם לקפיץ, מחוברים בצד אחד לשלד התא, הציטוסקלטון, ובצד השני לגרעין התא. כיווץ השרירים מפעיל כוח מכני על הציטוסקלטון, אשר כשלעצמו מפעיל לחץ על החלבונים החישניים, וגורם להם להעביר אות לגרעין.
 
ככל הנראה, משנה האות את מבנה הגרעין, דבר הגורם לשינוי בביטוי הגנים – כלומר, בפעילות הגנים, לעומת פעילותם בגרעינים בהם השריר אינו מתכווץ. כתוצאה מכך מופעלים גנים מסוימים אשר גורמים להפרשת חלבונים המרכיבים את החוטים הדקים אשר אחראים לכיווץ סיב השריר. חלבונים אלה מחזקים את החוטים הקיימים ומסייעים להפקתם של חוטים חדשים, ובכך בונים את מאסת השריר.
 
ככל הנראה, משנה האות את מבנה הגרעין, דבר הגורם לשינוי בביטוי הגנים – כלומר, בפעילות הגנים, לעומת פעילותם בגרעינים בהם השריר אינו מתכווץ. כתוצאה מכך מופעלים גנים מסוימים אשר גורמים להפרשת חלבונים המרכיבים את החוטים הדקים אשר אחראים לכיווץ סיב השריר. חלבונים אלה מחזקים את החוטים הקיימים ומסייעים להפקתם של חוטים חדשים, ובכך בונים את מאסת השריר.
 
כך מחזקת הפעילות הגופנית את השריר. אך היות שחלבונים בוני-שריר מתפרקים מהר יחסית, צריך לחזור מדי פעם על האות הנדרש להפקתם. אך אם השריר אינו מתכווץ זמן רב, עקב העדר פעילות גופנית, חיישנים מכניים אלה אינם שולחים את אותותיהם לגרעין, ומאסת השריר קטנה.
 
 
סיבי שריר של זחל זבוב הפירות תחת מיקרוסקופ קונפוקלי: בסיב רגיל, לגרעינים צורה נורמלית ופיזור נכון בתא (A). לעומת זאת, כאשר בחלבון ה-300-MSP או בחלבונים שהוא קושר מתחוללת מוטציה, גרעיני הסיבים מעוותים ופזורים בחוסר סדר בתא (B, C ו-D)
 
ראיות להסבר זה מעלה מחקר שביצעו בזחלי זבוב הפירות פרופ' וולק וחברי קבוצתה, ביניהם תלמידות המחקר הדס אלחנני-טמיר ומירי שניידר, והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר שאושאו וואנג. כפי שהתפרסם בכתב-העת המדעי Journal of Cell Biology, זיהו המדענים בזבוב הפירות חלבון הקרוי MSP-300, שצורתו ותכונותיו המכניות מתאימות להפליא לתפקידו המשוער כחישן מכני. חלבון זה, אשר סובב את גרעין התא, הוא בעל שלוחות רדיאליות רבות, המחוברות לציטוסקלטון. לחלבון זה תכונות אלסטיות, כיאה לחישן מכני, והוא פועל בשיתוף פעולה הדוק עם שני חלבונים נוספים, המסייעים ליצור פיגומים קשיחים אשר מגינים על הגרעין מפני כיווצי שריר. יתר על כן, באמצעות החדרת מוטציות ל-MSP-300 הראו המדענים, כי חלבון זה אכן חיוני לשמירה על מאסת השריר. המוטציות השפיעו לרעה על שרירי הזבוב: סיבי השריר נעשו דקים, וגרעיניהם התעוותו ונדבקו אחד לשני. כתוצאה מכך שובשה פעילות השריר, כך שזחלים לא יכלו לזחול, וזבובים בוגרים לא יכלו לעוף.
 
היות שבסיבי השרירים של בני-האדם קיימים חלבונים המקבילים ל-MSP-300, אשר יכולים לתפקד כחישנים מכניים, עשויים ממצאים אלה לשפוך אור על הקשר בין פעילות גופנית לבין בניית שריר בריאה בבני-אדם. ייתכן שהבנה טובה יותר של קשר זה תוביל, בעתיד, לפיתוח דרכים משופרות למניעת איבוד השריר – תופעה אשר עשויה להיגרם עקב זיקנה, חוסר פעילות גופנית הנובע משיתוק, או מחלות שרירים ניווניות.
 
 
חלבון ה-300-MSP, הנראה כאן תחת מיקרוסקופ קונפוקלי, סובב את גרעין תא השריר (מימין: בירוק; משמאל: באדום) עם שלוחות לשלד התא
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם