הינך נמצא כאן

שלוחות ענפות

כיצד מחליטים תאי עצב במוח מתי להצמיח שלוחה עצבית ומתי לפרק אותה?
01.02.2016

מדעני המכון מצאו, כי חנקן חמצני מתפקד כמעין מתג השולט על צמיחתן של שלוחות עצביות. קיומו של המתג מבטיח שניוון וצמיחה יתרחשו בזמנים שונים, וכי אף אחד מהם לא יעמוד בדרכו של האחר. 
ד"ר אורן שולדינר וחברי קבוצתו. מימין: בבת בורנשטיין, אורה פוקס, ד"ר שולדינר, ד"ר דנה רבינוביץ', ד"ר שירי יניב ועידן אליגור. תאי עצב
כיצד מחליטים תאי עצב במוח מתי להצמיח שלוחה עצבית ומתי לפרק אותה? במחקר שהתפרסם בכתב-העת המדעי Cell מצאו מדעני מכון ויצמן למדע מעין "מתג מולקולרי", המפעיל או מפסיק את צמיחתן של שלוחות עצב. מחקר זה עשוי לסייע בהבנת תהליך רישות המוח בתהליך ההתפתחות. ייתכן כי בעתיד יזרו ממצאים אלה אור חדש על ניוון תאי עצב במחלת אלצהיימר, או במחלות מוח ניווניות אחרות, וכן על המנגנונים הבולמים את התחדשותם של תאי עצב לאחר פציעה במוח או בחוט השדרה.
 
כאשר המוח מתפתח, תאי עצב מסוימים מצמיחים תחילה שלוחות רבות וענפות, ובהמשך גורמים לחלק משלוחות אלה להתנוון כחלק מתהליך הקרוי "גיזום". בשלב מאוחר יותר עשויות שלוחות אלה לצמוח מחדש, ולהגיע למיקומן הנכון במוח הבוגר. חברי קבוצתו של ד"ר אורן שולדינר במחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא – תלמידת המחקר דאז ד"ר דנה רבינוביץ' ועמיתת המחקר ד"ר שירי יניב, יחד עם עידן אליגור – חקרו את צמיחתם של תאי עצב במערכת ייחודית שפותחה במעבדתו של ד"ר שולדינר: מוח של גולם זבוב פירות, הממשיך להתפתח בצלוחית. כאשר הוסיפו המדענים לצלוחית חומר אשר הפחית את רמת החנקן החמצני, הם ראו כי תאי עצב במוח הזבוב הצמיחו שלוחות חדשות במהירות גבוהה מהרגיל. באמצעות שינויים גנטיים במוח הזבוב המתפתח איששו המדענים את ההשערה, כי חנקן חמצני מתפקד כמעין מתג השולט על צמיחתן של שלוחות עצב בזבוב החי.
 
מהממצאים עולה, כי שינויים ברמות החנקן החמצני הם אלה המאפשרים לתאי העצב לעבור – תוך שעות ספורות – מניוון לצמיחה מחודשת. קיומו של מתג זה מבטיח, כי ניוון וצמיחה יתרחשו בזמנים שונים, ולעולם לא יפריעו זה לזה. תא העצב מצמיח את שלוחותיו כאשר רמות החנקן החמצני נמוכות, ומתבצע בהן גיזום כאשר רמותיו גבוהות. למעשה, נראה כי חנקן חמצני חיוני עבור הגיזום, מפני שתהליך זה אינו מתרחש אם החנקן החמצני אינו מופק בכמות מספקת.
 
בניסויים נוספים גילו המדענים, כי תאי העצב עצמם הם אלה המפיקים חנקן חמצני. בנוסף פיענחו המדענים את מנגנון הפעולה של מתג החנקן החמצני במוח המתפתח. רמותיו הגבוהות של החנקן החמצני חוסמות קולטן מסוים אשר חיוני לצמיחה מחודשת, אך כאשר רמות אלה יורדות, מתחבר הקולטן למולקולה נוספת, וחיבור זה מניע את הצמיחה מחדש.
 
ממצאים אלה פותחים כיווני מחקר חדשים ביחס למחלות מוח ניווניות והתחדשותם של תאי עצב בבני-אדם לאחר פציעה. ישנן ראיות עקיפות לכך שחנקן חמצני מעורב בשני המצבים. למשל, במוחות החולים באלצהיימר ובפרקינסון נמדדו רמות גבוהות של חנקן חמצני. מעבר לכך, נמצא במחקר הנוכחי כי חנקן חמצני מבקר את אותם אותות ביוכימיים אשר בעבר כבר נמצא כי הם חשובים לצמיחה מחודשת של תאי עצב לאחר פציעה.
 
במוח המתפתח של גולם זבוב הפירות מצמיחים תאי העצב שלוחות רבות (בירוק) כאשר רמות החנקן החמצני נמוכות (מימין), אך לא כאשר רמות אלה גבוהות (משמאל). צולם באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי
 
נצמדים
 
תאי העצב במוח המתפתח מגדלים שלוחות ענפות, בחלקן מתבצע "גיזום", ולאחריו הן צומחות מחדש; כך הן מרשתות את המוח הבוגר. תלמידת המחקר בבת בורנשטיין, וחברים נוספים בקבוצתו של ד"ר אורן שולדינר מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא, התמקדו בחקר מנגנוני ה"גיזום" של האקסונים, השלוחות הארוכות של תאי העצב, אשר מעבירות מידע לשרירים ולתאי עצב אחרים. המדענים בחנו את הגנים של זבוב הפירות, שמעגלי תאי העצב שלו מתעצבים מחדש בקנה-מידה רחב כאשר הזחל הופך לזבוב בוגר. המחקר בוצע באמצעות שיטת סריקה שפיתח ד"ר שולדינר, המאפשרת לקבוע את תפקידם של גנים שונים באמצעות יצירת מוטציות ומעקב אחר השלכותיהן. כך התברר, שכאשר גן הקרוי Bsk הכיל מוטציה, לא התבצע תהליך הגיזום. כלומר, מנגנון גיזום האקסונים בזבוב אינו מתקיים ללא גרסה תקינה של גן זה.
 
המדענים גילו כי Bsk משפיע על הגיזום באמצעות בקרה על היצמדות תאים. גן זה מקטין את יציבותה של מולקולה אשר מצמידה את האקסונים זה לזה. כאשר גרמו המדענים לתאי עצב לייצר כמויות גדולות במיוחד של מולקולה זו, לא פעל מנגנון הגיזום. תוצאות זהות התקבלו כאשר המדענים הגדילו את כמויותיהן של מולקולות היצמדות אחרות: האקסונים המשיכו להיצמד אחד לשני, ולא נגזמו. ממצאים אלה מלמדים, כי כדי שיתבצע גיזום, יש להסיר את ה"דבק" שבין האקסונים.
 
במוח המתפתח של זבוב הפירות, האקסונים (בירוק) עוברים גיזום כאשר מתפקד גן ה-Bsk כהלכה (משמאל). כאשר גן זה מכיל מוטציה, הגיזום אינו מתרחש (מימין, מסומן בחיצים)
 
תגלית זו מצביעה על קיומם של מנגנונים חדשים המשפיעים על עיצוב המוח ורישותו. היא מעלה את האפשרות שאותם הגנים אשר שולטים בהיצמדות האקסונים, גם קובעים היכן ומתי צריך להתבצע "גיזום" באקסון. המדענים אומרים שגיזום האקסונים דומה להתפוררות האקסונים במחלות מוח ניווניות, כך שממצאים אלה מצביעים על כיווני מחקר חדשים בתחום זה.
 

מוחו של זבוב הפירות מכיל כ-200,000 תאי עצב. לשם השוואה, מוח האדם, המתפתח על-פי אותם עקרונות, מכיל כ-100,000,000,000 תאי עצב.

#מספרי_מדע

לשיתוף:

 

 

 

 

אינסטגרם