כשהשליח מגלה עצמאות

את הדי-אן-אי משווים לעתים לספר הוראות, אך בניגוד לספרים רגילים, המידע ב"ספר" זה עשוי להשתנות עם הזמן. תגים כימיים נצמדים לדי-אן-אי במיליוני מקומות, ומשנים את ההוראות הגנטיות. מחקרים רבים הוקדשו לתגים אלה לאורך השנים, אך מתברר כי במידע הגנטי עשויים להתחולל שינויים גם לאחר שהמסר "נשלח": התגים הכימיים יכולים להיצמד לשליחים המולקולריים הקרויים אר-אן-אי שליח, אותן מולקולות ארעיות המעבירות את המתכון להרכבת חלבונים מהדי-אן-אי אל המכונות התאיות אשר בונות את החלבונים. במחקר שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Nature פיענחו מדעני מכון ויצמן למדע את מנגנון הפעולה של אחד השינויים האפשריים באר-אן-אי שליח, וגילו כי ביכולתו לשנות את המסר הגנטי מן הקצה אל הקצה.

יותר מ-100 שינויים עשויים לחול באר-אן-אי שליח, אך רק חמישה מוּכרים כיום למדע. יותר מכך, רק בשנים האחרונות הכירו המדענים בחשיבות העצומה של שינויים אלה, אשר מהווים למעשה מנגנון בקרה גנטית, שֶכֵּן ביכולתם להגביר או להפחית את ביטוי הגנים, או אפילו להפעיל או להשתיק גן זה או אחר. כתוצאה מכך הם ממלאים תפקיד ברוב התהליכים הביולוגיים, ועלולים להיות מעורבים במיגוון רחב של מחלות.

במחקר החדש פיתח ד"ר שרגא שוורץ מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, יחד עם עמיתיו, שיטה חדשה לחקר השינויים באר-אן-אי שליח. קבוצתו יישמה את השיטה על אחד השינויים המכונה m1A: היצמדות של תג כימי מסוג קבוצת מתיל למרכיב מסוים באר-אן-אי שליח – הנוקלאוטיד A. המדענים יצרו מפות המראות את הופעתו של השינוי בגנום כולו, וזיהו את מיקומו בדיוק חסר-תקדים. כמו כן, הם מצאו אילו אנזימים גורמים לכך שהשינוי m1A יתרחש באר-אן-אי שליח. למעשה, המדענים גילו כי אמנם  m1Aשכיח הרבה פחות מכפי שסברו בעבר, אך מנגד, יש בכוחו לשנות לגמרי את האופן שבו "נקלט" המסר שמעביר האר-אן-אי שליח. שינוי זה גורם לכך שתא "מתעלם" מהמסר שבאר-אן-אי שליח, וההשלכות של "התעלמות" זו הן מרחיקות-לכת. כך למשל, בעובר בעל שמונה תאים בלבד, מסמן m1A  גן חיוני במיטוכונדריה, "תחנות הכוח" של התא, ובכך משמש כנראה כמעין "מתג" אשר משנה את הדרך שבה מפיק העובר את הדלק המולקולרי אשר מאפשר את קיומו. נראה כי "מתג" זה הוא זה אשר גורם לכך שתאי העובר מפסיקים לפרק גלוקוזה כמקור לאנרגיה, ובמקום זאת מתחילים להפיק אנרגיה מן המיטוכונדריה.

ממצאים אלה שופכים אור חדש על חיי התא, ועשויים לעזור בחקר מחלות שבהן משתבשת הפקת האנרגיה בתאים. לדוגמא, תאי סרטן, בניגוד לרוב התאים הבריאים, מפיקים אנרגיה מפירוק גלוקוזה, דבר המסייע להם לשרוד בסביבה דלת-החמצן של הגידול הממאיר.

אך מדוע התא זקוק בכלל למנגנון בקרה על הגנים באמצעות שינויים באר-אן-אי שליח? אילו יתרונות יש לשינויים אלה לעומת מנגנוני בקרה אחרים, כולל אלה המייצרים או משמידים מולקולות שלמות של אר-אן-אי שליח? "ככל הנראה התפתחו במהלך האבולוציה סוגים שונים של בקרה על הגנים, מפני שכל אחד מהם מקנה יתרונות במצבים שונים", אומר ד"ר שוורץ. "ייתכן כי התמורות באר-אן-אי שליח מתאימות ביותר לשינויים מהירים בפעילות הגנים; למשל, הגברה או הפחתה של פעילות זו בתגובה לגירוי מסוים".

השיטה לחקר m1A, אשר פותחה במעבדתו של ד"ר שוורץ, עשויה לקדם את חקר השינויים האחרים באר-אן-אי שליח. היא יכולה גם לתרום להבנת מחלות שבהן יש מוטציות באנזימים המייצרים את השינויים, ובכלל זאת סרטן, השמנת יתר חמורה, ומחלות מוח ניווניות.

קבוצת המחקר כללה את ד"ר מודי ספרא, ד"ר אלדמע שש-חן, ד"ר רונית ניר, ד"ר דן בר-יעקב, רוני וינקלר ואהרן נחשון. המחקר נערך בשיתוף עם ד"ר נעם גינוסר, גם היא מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, ד"ר מטיאס ארלכר מהאוניברסיטה הרפואית של אינסברוק, וד"ר ולטר רוסמניט מהאוניברסיטה הרפואית של וינה.

"נהנה יותר ממחקר"

שרגא שוורץ בכלל תיכנן להיות רופא. הוא סיים בהצטיינות תואר ראשון ברפואה באוניברסיטת תל-אביב, והתקבל למסלול MD-PhD: לימודי רפואה בשילוב תואר שלישי במחקר. אך כאשר נשארה לו שנה אחת בלבד להשלמת לימודי הרפואה, הוא החליט לשנות כיוון ולבחור במדע. "יש ערך מוסף לעיסוק גם ברפואה וגם במחקר, אך הבנתי שמהמחקר אני נהנה הרבה יותר", הוא אומר. לאחר שנה של לימודים בתר-דוקטוריאליים במעבדתו של פרופ' רותם שורק, במחלקה לגנטיקה מולקולרית של מכון ויצמן למדע, המשיך ד"ר שוורץ במחקר במכון ברוד של אוניברסיטת הרווארד והמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. הוא הצטרף לסגל מכון ויצמן למדע בשנת 2015. בשנת 2017 זכה במענק לחוקרים צעירים מצטיינים מטעם EMBO – הארגון האירופי לביולוגיה מולקולרית.