החלבון יגיב בזמן ובמקום המתאימים

כאשר גופנו נדרש לתקן עצב פגוע במערכת העצבים ההיקפית, כל הכלים הנחוצים כבר נמצאים במקום הנכון: מתג מולקולרי נסתר יכול להגביר, במידת הצורך, את ייצור החלבונים בדיוק באזור שנפגע, ולאפשר החלמה. במחקר אשר התפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Science גילו מדעני מכון ויצמן למדע ושותפיהם למחקר כיצד פועל מנגנון זה. ממצאיהם שופכים אור חדש על צמיחת תאים ועל תיקונם, ומצביעים על כיוונים אפשריים לפיתוח תרופות.

מדענים בקבוצתו של פרופ' מייק פיינזילבר, במחלקה למדעים ביומולקולריים, ביקשו לברר מה תפקידו של חלבון הקרוי mTOR בריפוי עצב. "החלבון מזכיר את 'הטבעת האחת' – זו שמושלת בכל שאר הטבעות – מספרו של ג'.ר. טולקין 'שר הטבעות'", מסביר פרופ' פיינזילבר את הממצאים באמצעות אלגוריה ספרותית. "לא רק מפני שהחלבון אחראי על הבקרה הכללית של ייצור החלבונים בגוף ועל צמיחת תאי העצב, אלא גם, כפי שהתברר לנו, מפני שבדומה ל'טבעת האחת' הוא יכול להסתתר ולהיכנס לפעולה במידת הצורך בזמן ובמקום המתאימים".

ד"ר מרקו טרנציו וחברים נוספים בקבוצתו של פרופ' פיינזילבר גילו את החלבון במקום הפציעה בעצב השֵׁת (עצב סכיאטי) של עכברים. המדענים הופתעו מהמהירות שבה הופיעו המולקולות שלו במקום הפציעה, שכן זהו עצב ארוך ביותר המורכב מתאי עצב בגב התחתון ששלוחותיהם, האקסונים, מגיעות עד כף הרגל. לו היו המולקולות מיוצרות בתאי העצב גופם, היה לוקח להם כחצי יום להגיע למקום הפציעה באזור אמצע הירך. היות שהעלייה החדה ברמת החלבון נמדדה שעתיים-שלוש לאחר רגע הפציעה, הסיקו המדענים כי החלבון mTOR יוּצר בדרך זו או אחרת בו-במקום.

בעזרת גרסה מתקדמת של ספקטרומטריית מאסות, המאפשרת לזהות בזמן אמת חלבונים חדשים המיוצרים ברקמות חיות, מצאו המדענים – בשיתוף קבוצתה של פרופ' אלמה בורלינגיים מאוניברסיטת קליפורניה שבסן פרנסיסקו – כי לאחר פגיעה בעצב מעודד החלבון mTOR את הייצור שלו-עצמו, ורמות גבוהות שלו מעודדות כשלעצמן ייצור מקומי של חלבונים אחרים החיוניים להישרדות העצב ולתיקונו. לפיכך, כאשר חסמו המדענים ייצור mTOR לאחר פציעה, כמעט שלא יוצרו חלבונים אחרים באקסון הפגוע.

החלבון מזכיר את 'הטבעת האחת' מהספר 'שר הטבעות'. לא רק מפני שהחלבון אחראי על הבקרה הכללית של ייצור החלבונים ועל צמיחת תאי העצב, אלא גם מפני שבדומה ל'טבעת האחת' הוא יכול להסתתר ולהיכנס לפעולה במידת הצורך בזמן ובמקום המתאימים"

אך מה גורם לעלייה ברמות ה-mTOR עצמו? בשיתוף מעבדתו של פרופ' ג'פרי טוויס מאוניברסיטת דרום קרולינה גילו המדענים, כי גם במצב תקין, כשאין פציעה, נמצאות באקסון לכל אורכו "הוראות" לייצור mTOR: מולקולות אר-אן-איי שליח הנושאות את ה"מרשם" הגנטי לבניית חלבון זה. מולקולות אלה פזורות לאורך האקסון כדי להבטיח את נוכחותכן במקום הנדרש בעת הצורך. וכך, כאשר העצב נפגע, אפשר "להפשיל שרוולים" ולהתחיל מיד לייצר את ה-mTOR הנחוץ לתיקון. כדי לבדוק אם כך פועל המנגנון, הוציאו המדענים – באמצעות טכניקת עריכת גנים – את המקטע של מולקולות האר-אן-איי שליח אשר מאפשר את שינוען לאקסון. בעקבות זאת לא התרחש ייצור חלבונים באקסון, ותאי העצב לא שרדו את הפציעה.

מסביר פרופ' פיינזילבר: "כשם ש'הטבעת האחת' של טולקין יכולה לגרום צרות אם היא נמצאת בידיים הלא-נכונות, כך גם mTOR עלול לשבש תהליכים אם יופעל בזמן לא נכון או במקום לא נכון בתא. כך למשל, הוא עלול לגרום כאב עקב צמיחת עצב לא-מבוקרת או סרטן הנובע מגידול מוגזם של תאים. לעומת זאת, ייצור ה-mTOR בזמן ובמקום הנדרשים – ואך ורק בזמן ובמקום הנדרשים – על פי הוראות האר-אן-איי שליח הנמצאות במקום, הוא דרך מהירה ובטוחה לאספקה מבוקרת של חלבון זה".

מנגנון זה אחראי כנראה לייצור ה-mTOR לא רק במצבי פציעה, אלא במיגוון תהליכים תאיים אחרים, ובהם עידוד צמיחת תאי העצב בגוף האדם בשני העשורים הראשונים לחיים. מנגד, פגמים בפעילותו של ה-mTOR ידועים כמעורבים במחלות רבות, ובהן סרטן, סוכרת והשמנת יתר. ישנן כיום בשוק תרופות החוסמות את פעילותו של חלבון זה, אך חשיפת המנגנון המוסתר לייצור mTOR עשויה לאפשר לפתח תרופות חדשות אשר יבקרו את פעילות החלבון במצבי מחלה ופציעה.

במחקר השתתפו גם ד"ר סנדיפ קולי, ניצן סמרה, ד"ר אידה רישל, ד"ר לטיציה מרבלדי, אגוסטינה די פיזיו, אלה דורון-מנדל, ד"ר רותם בן טוב פרי וד"ר אינדרק קופל, כולם מהמחלקה למדעים ביומולקולריים.