גוזרים ומדביקים

01.09.2005
מימין: ברקת דסה, ד"ר שמואל פיטרוקובסקי, ד"ר גיל אמיתי. גנטיקה אנוכיית
 
ישנם עשבים, הידועים לכל גנן חובב, שלא מפריעים במיוחד. הם אינם מזיקים במיוחד לפרחים, ולעומת זאת, דרוש מאמץ רב מאוד כדי לנכש אותם. זה, פחות או יותר, המצב של מקטע מסוים המצוי במולקולות של חלבונים רבים, ומצוי בהן כמו עשב שוטה המשתלב בין המקטעים החשובים לתיפקוד החלבון השלם.
 
מקטעי ה"עשב" האלה התגלו לפני 14 שנה, ומאז נמצאו במספר רב של יצורים חד-תאיים. קוראים להם אינטאינים(Inteins,)ואין להם - ככל הידוע עד כה - שום תיפקוד שמועיל בדרך זו או אחרת לחלבון או לתא השלם. חלבונים דומים, ללא מקטעי אינטאין, מתפקדים באותה מידה כמו אלה שמכילים אותם. למעשה, האינטאינים מסוגלים לשלוף את עצמם החוצה ממולקולת החלבון הפונדקאי, מבלי להותיר סימנים. הם עושים זאת בדרך של חיתוך שני הקצוות של רצף חומצות האמינו שלהם בדייקנות, ולאחר מכן, על ידי חיבור הקצוות החדשים שנוצרו. לאחר ששלפו עצמם החוצה, מסוגלים רוב האינטאינים גם לאתר נקודות בכרומוזום שמותאמות להחדרת הגן המקודד אותם, וכך - בדומה לנגיפים ומקטעי DNA מסוימים - מסוגלים האינטאינים להתפשט בגנום. 
 
עובדות אלו הביאו מדענים ממקומות שונים בעולם, ובהם ד"ר שמואל פיטרוקובסקי, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, למסקנה שהאינטאינים מהווים "קטע גנטי אנוכיי". במילים אחרות, הם מתפקדים רק כדי לשכפל את עצמם, ואינם מביאים שום תועלת לתא. תמיכה בנכונות התיאוריה הזאת עולה מהעובדה שהאינטאין, כמו עשב ששורשיו משתלבים בשורשיהם של צמחי הגינה עד ששליפתם החוצה עלולה לסכן את הצמחים, נוטה להימצא בחלבונים חשובים, באתרים שמורים היטב, כלומר, במקומות שבהם עקירת הקטע באקראי עלולה לגרום נזק משמעותי לחלבון הפונדקאי. זה אולי מסביר כיצד הצליחו האינטאינים האנוכיים לשרוד במשך מאות מיליוני שנות אבולוציה.
 
ייתכן שהאינטאינים לא שימושיים במיוחד לשמרים או לחיידקים, אבל מדענים מתעניינים באפשרות לרתום לתועלת האדם את יכולתם לחבר חלקי חלבון. כבר כיום ישנן מערכות מבוססות-אינטאינים המשמשות ככלי עבודה לטיפול ישיר בחלבונים.חיבור באמצעות האינטאין מתבצע בתהליך פשוט מאוד: האינטאין יוזם ומבצע בעצמו את כל התהליך. אולם, השימוש באינטאינים מוגבלמכיוון שהם מסוגלים לפעול רק כאשר חומצת האמינו שבאה מיד אחריהם ברצף היא אחת משלוש חומצות אמינו (מתוך עשרים הסוגים השונים של חומצות אמינו המרכיבות את החלבונים).
 
ד"ר פיטרוקובסקי הניח שאפשר למצוא מקטעי חלבון אחרים הדומים לאינטאינים, אשר יכילו את תכונותיהם הייחודיות ללא המגבלות הללו. יחד עם תלמידי המחקר שלו החל לחפש סימנים לקיומם של מקטעים חלבוניים כאלה במאגרי המידע העצומים של המידע הגנטי שהצטבר בשנים האחרונות מפרויקט המיפוי והריצוף של גנום האדם, וגנומים של יצורים רבים אחרים. 
 
מדובר במבצע חיפוש שמזכיר חיפוש של מחט בערימת שחת, אבל חברי קבוצת המחקר של ד"ר פיטרוקובסקי, אולגה בלנקי, גיל אמיתי, חיים חביב וברקת דסה, נעזרו בשיטות חיפוש ביואינפורמטיות מתוחכמות שפיתחו במעבדה. התוצאה: הם מצאו שתי קבוצות חלבונים הדומים לאינטאינים  במספר מינים של חיידקים. חלבונים אלה כונו BIL (ראשי תיבות של מקטעים חיידקיים דמויי-אינטאין). המדענים הראו, שגם מקטעי חלבון אלו מסוגלים "לנכש" את עצמם מתוך החלבונים שבהם הם מצויים, וכן לחבר את חלקי חלבון התוחמים אותם. ההבדל בינם לבין האינטאינים התבטא בכך, שבעוד האינטאינים נמצאים בנקודות שמורות במיוחד באבולוציה, המקטעים דמויי האינטאין נמצאו בנקודות המשתנות במהירות רבה באבולוציה החיידקית. עובדה זו הובילה את המדענים להשערה, שהיצורים החד-תאיים עצמם משתמשים במקטעים אלה לצורכי הנדסת חלבונים.
 
כמה מהחלבונים דמויי האינטאין מסוגלים, כנראה, לחבר קטעים משני חלבונים שונים, וכך לייצר מיגוון של מולקולות חלבון בזמן קצר. תכונה זו עשויה להיות שימושית למדי, למשל, בשביל חיידק גורם מחלה אשר מנסה להתחמק מהמערכת החיסונית. ד"ר פיטרוקובסקי מאמין, שהשימוש במנגנון הפשוט הזה היה אחד ממנועי הצמיחה של אבולוציית החיידקים המוקדמת. ישנן גם חדשות טובות בשביל מהנדסי חלבונים בני-אנוש: במחקרם על האמצעים והמנגנונים של חיבור קטעי חלבון על-ידי החלבונים דמויי האינטאין, מצאו ד"ר פיטרוקובסקי וצוותו, שהם פועלים ללא קשר לזהות החומצה האמינית הממוקמת מיד אחריהם ברצף החלבוני (שלא כמו האינטאינים).
 
ד"ר פיטרוקובסקי וחברי הצוות שלו מצאו באחרונה את המקטעים דמויי האינטאין בחלבונים של קבוצה אחרת של בעלי חיים שם הם ממלאים - לכאורה - תפקיד שונה לחלוטין. באותו יצור, כל חלבון מכיל בתוכו מקטעים חלבוניים דמויי אינטאין, שביניהם מפוזרים מקטעים נוספים דמויי אוביקוויטין (ubiquitin). האוביקוויטינים הופיעו בחדשות לאחרונה כאשר מגליהם, הישראלים פרופ' אברהם הרשקו ופרופ' אהרון צ'חנובר מהטכניון, זכו על תגליתם זו בפרס נובל לכימיה. אוביקוויטין הוא מעין תווית המוצמדת לחלבון ומסמנת אותו כמיועד לפירוק. התהליך מורכב ודורש סדרה של אנזימיםהמשפעלים את תוויות הסימון ומצמידים אותם אל מטרותיהם. ד"ר פיטרוקובסקי וחברי הצוות שלו סבורים, שהמקטעים החלבוניים דמויי האינטאין שגילו עשויים לעבד את המקטעים דמויי האוביקוויטין, ולהצמיד אותם ליעדיהם בתהליך חלופי שלא היה ידוע עד כה.
 
מקטעים דמויי אינטאנים המצויים בחלבונים מסוימים מחברים מולקלות כולסטרול לאיזור התוחם את המקטע.
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם