הרס בונה חיים

מדעני המכון גילו כי "מכונה מולקולרית", אשר מפעילה את האנזימים ההרסניים, נקשרת לחלבון מסוים שמעכב את פעילותה, ובכך מבקר את פעילות האנזימים ומונע הרס לא-רצוי. למחקר זה עשויות להיות השלכות על תחומים רבים, לרבות חקר הסרטן.

האם אפשר לעצב אגרטל באמצעות בולדוזר? התשובה הפשוטה היא, כמובן, שאי-אפשר. אבל – מתברר – כך בדיוק פועלים תאים חיים: אנזימים הרסניים, הקרויים "קספזות", עוזרים לתאים לא רצויים להתאבד, אך מנגד הם מבצעים לפעמים גם משימות עדינות, כמו עיצוב-מחדש של מבנה התא או הפרדה בין תאים מחוברים. אולם, איך נמנעים האנזימים מהריסת כל התאים ומגרימת מותו של התא?

כדי לענות על שאלה זו, בחנו מדעני מכון ויצמן למדע תהליך עדין במיוחד: הפרדת תאי הזרע של זבוב התסיסה אלה מאלה. בתהליך זה שוברות הקספזות את שלד התא, אשר במצב רגיל מחזיק את תאי הזרע יחדיו, וכך מופרדים תאים אלה. תוך כדי ההפרדה גם הורסות הקספזות את חלקי התא המיותרים, כמו הציטופלסמה ורוב אברוני התא, ומפַנות אותם, ומשאירות רק את המבנים הנחוצים לזרע כדי להשיג את מטרתו האחת והיחידה – הפריית הביצית.

כפי שדוּוח באחרונה בכתב-העת המדעי Developmental Cell, במסגרת המחקר גילו תלמידת המחקר (אז) ד"ר ליאור ארם, וחברים אחרים בקבוצתו של פרופ' אלי ארמה מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, תגלית מעניינת: מכונה מולקולרית ממשפחת "ליגזות היוביקוויטין" (אשר מפעילה את הקספזות) אינה מסוגלת להפעילן לבדה בזמן הפרדת תאי הזרע, ועל מנת לעשות זאת עליה להיקשר לחלבון A-S-בטה. חלבון הנמצא על פני השטח של שני אברונים המכונים מיטוכונדריות, התופסים את מרבית הנפח בזנב הזרע, ומפיקים את האנרגיה הנחוצה לזרע כדי להגיע לביצית ולהפרות אותה. למעשה, זהו חלק ממנגנון בקרה המיועד למנוע יצירת הרס, או אפילו את הריגת הזרע עצמו, דבר שהיה נגרם אילו הופעלו כל הקספזות בבת אחת. וכך, הקישור לחלבון ה-A-S-בטה מגביל את פעילות הקספזות, ורק ליגזות היוביקוויטין אשר נקשרות לחלבון זה על פני שטח המיטוכונדריות יכולות להפעילן. הקספזות הפעילות מתרחקות מהמיטוכונדריות באמצעות דיפוזיה ומתפזרות בציטופלסמה, וריכוזן יורד ככל שעולה המרחק ביניהן לבין המיטוכונדריות. ללא מנגנון בקרה זה, היו כל הקספזות מופעלות בבת אחת, והן היו הורגות את הזרע או גורמות הרס לא רצוי בתאים.

העובדה שבקרה זאת מתבצעת באמצעות A-S-בטה – חלבון המעורב בהפקת אנרגיה בתא – מלמדת כי ככל הנראה זהו גם מנגנון לבקרת איכות. ייתכן שכאשר חלק מחלבוני ה-A-S-בטה עוברים אל פני השטח של המיטוכונדריות, בזמן ששאר החלבונים משתתפים בהפקת האנרגיה בתוך התא, מסמן הדבר כי חילוף החומרים בתא הגיע לרמתו הנדרשת, וכי התא פועל בצורה תקינה. בכך מבטיח A-S-בטה כי הפרדת תאי הזרע תתבצע בתזמון הנכון, ואך ורק עבור תאי זרע תקינים.

הבנת תהליך ההפרדה בין תאי הזרע עשויה לשפוך אור חדש על בעיות פוריות אצל גברים, הנגרמות לעיתים כתוצאה מעיוותים מבניים בזרע. אך למחקר עשויות להיות השלכות רחבות הרבה יותר, למשל בחקר הסרטן, שכן לפעמים תאים סרטניים שורדים באמצעות התחמקות מההרס שיוצרות הקספזות. בנוסף, ידוע כי הקספזות מבצעות הרס עדין ומבוקר בכמה עשרות תהליכים החיוניים לתא, כמו יצירת טסיות דם הנחוצות לקרישת הדם, עיצוב מחדש של הקשרים בין תאי עצב במהלך למידה, והתפתחות עדשת העין, אשר נעשית שקופה אחרי שהקספזות הורסות את חלקיה שאינם שקופים. דרוש מחקר נוסף על מנת לגלות את מידת המעורבות של ה-A-S-בטה במניעת מוות תאי לא-רצוי בתהליכים הללו.

במחקר השתתפו צליל בראון, כרמל ברוורמן, ד"ר יוסף קפלן, וד"ר ליאת רביד מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, וד"ר סמדר לוין-זידמן מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי.