על זבובים, עכברים וחישנים

01.12.2004
פרופ' טלילה וולק. תקשורת תוך-תאית
 
 
פרופ' טלילה וולק מתבוננת בביצית הזעירה שזה עתה הופרתה, והיא נחלקת שוב ושוב ויוצרת תאים חדשים בצלמה, בדמותה, תוך שהיא מתקפלת ומתקמטת. בעשר השעות הראשונות מתבררים קווי ההתפתחות העיקריים. התאים מתחלקים, מתרבים וזזים, מתארגנים בקבוצות שיוצרות את אזורי הגב והבטן של העובר. תאים שרק התחילו להתמיין נודדים מהשכבות הפשוטות, המקוריות של העובר, אל האזורים המובחנים יותר שלו. מבעד לעינית המיקרוסקופ, השינוי המתחולל בהם בהדרגה אך בהתמדה נראה מרתק. תוך 24 שעות יתארגן העובר למערכת של רקמות מסודרות המסוגלות לנהל תנועה ותחושה, מערכת המהווה את גופו השלם של זחל זבוב הפירות הקרוי תסיסנית המחקר (דרוזופילה).
 
כיצד תאים מקוריים זהים יוצרים עושר רב כל כך של סוגי תאים שונים, המתארגנים בדיוק במקום שבו הם נחוצים כדי ליצור את הרקמות התפקודיות של האורגניזם השלם? פרופ' וולק וחברי קבוצת המחקר שלה מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע חוקרים את התקשורת הענפה שמנהלים התאים בינם לבין עצמם, המהווה גורם מרכזי בתהליך התמיינות התאים והתפתחות העובר. תקשורת זו מאפשרת לתאים לרתום זה את זה למשימות חיוניות ולעצב את גורלותיהם של עמיתיהם. המחקרים האחרונים של פרופ' וולק וחברי קבוצת המחקר שלה עוקבים אחרי התפתחותם של חישנים מסוימים בגופו של עובר זבוב הפירות. מדובר במבנים של תאי עצב המזהים מגע של הגוף בגוף אחר או בעצם כלשהו, ומדווחים באמצעות אותות תקשורת פנימיים על מיצובו המדויק של האיבר ושל הגוף כולו במרחב התלת-ממדי. כך הצליחו החוקרים לגלות, כי מסלולי התקשורת התוך-תאיים והבין-תאיים, הקשורים להיווצרות תאי השרירים והגידים, קשורים גם להיווצרותם של תאי מערכת העצבים היוצרים את חישני המגע. אבל ההפתעה האמיתית הייתה התגלית, שאותו סוג של מסלול תקשורת מולקולרית ממלא אותו תפקיד - יצירת תאי העצב המרכיבים את חישני המגע - גם בעוברים מתפתחים של עכברים.
 
לפרופ' ישעיהו ליבוביץ מיוחסת האמירה, כי ההבדל בין אדם לפרעוש קטן מהדמיון ביניהם. ובכל זאת, גילוי הדמיון הרב בתהליכי ההתפתחות של זבובים ועכברים - בעלי-חיים השונים כל כך זה מזה - מפתיע ומעורר למחשבה. יחד עם זאת, לא מדובר ב"קרבת משפחה" בין שני בעלי-החיים האלה, אלא בעובדה, המתגלה בשנים האחרונות שוב ושוב, כי הטבע משכיל לנצל ביעילות מסלולי תקשורת מולקולרית קיימים, במקום להמציא את הגלגל בכל פעם מחדש. המחקר, שנעשה בשיתוף עם פרופ' עדי זלצברג מהמחלקה לגנטיקה ומבית-ספר לרפואה של הטכניון, ועם תלמידת המחקר שלה, עדי ענבל, לא עושה השוואות בין איברים ולא עוסק במבנה ובתפקוד הביולוגי שלהם, אלא מתמקד בהיווצרותם של איברי חישה אלה, או ליתר דיוק, בתהליכי הגנטיקה המולקולרית השולטים בהיווצרותם. וכאן, בלב ליבה של ההתפתחות, מסתמן "נוהל תקשורת" דומה של שיחה והעברת מסרים בין התאים.
 
כמו בדפוס המורכב השולט בהיצמדות של שרירים לגידים ובהתמיינות הסופית שלהם, גם "נוהל התקשורת" הזה מאפשר לתאים משכבות שונות ומאזורים שונים שלהעובר, שהתמיינו חלקית, לשלוח אותות חלבוניים שעוזרים להם ליצור קשר ולהשפיע על סביבתם בדרך שתסייע להם להשלים את משימתם שלהם. במקרה של היווצרות תאי מערכת העצבים שנחקרו בעבודה זו, התהליך מתחיל במבנים של תאי עצב שהתפתחו חלקית ושואפים להגיע אל מתחת לשכבת העור החיצונית, האפידרמיס, שם הם יכולים לחוש בלחצים שנוצרים כאשר הגוף נוגע בגופים או בעצמים אחרים. ברגע שהם חשים במגע, הם מגיבים בשליחת שליחים מולקולריים אשר הופכים תאי אפידרמיס לתאים המתמחים בהצמדה, ותאי הצמדה אלה יוצרים מעין "עוגן יציב" שאליו נקשרים תאי העצב, עד להשלמת תהליך ההתפתחות של חישן שלם, המסוגל לחוש במגע ולדווח עליו.
 
בעכברים התהליכים המולקולריים מורכבים הרבה יותר, אבל גם בהם פועל מסלול דומה של התמיינות הדדית של תאים. כך, למשל, היווצרותם של קולטנים מסוימים החיוניים ליכולתם של תאי שריר לאמוד את מידת התכווצותם, תלויה בתקשורת הדדית בין תאי עצב לתאי שריר בתהליך התפתחות העובר. בנוסף לכך, החלבון שממלא תפקיד מרכזי בהתבטאותםשל גנים הקשורים להתפתחות החישנים ותאי הגידים שנחקרו בזבוב הפירות, הוא "קרוב משפחה" של חלבון הממלא תפקיד דומה בעכברים.
 
חברי קבוצת המחקר של פרופ' וולק מתמקדים עכשיו באיפיון חלבונים נוספים המעורבים בתקשורת הבין-תאית, בתקווה לחשוף עקרונות נוספים בתהליכי בניית רקמות בעובר המשותפים לזבובים ולבני-אדם.
 

הזבוב

תסיסנית המחקר (דרוזופילה מלנוגסטר) הוא זבוב פירות המגיע בבגרותו לאורך של שלושה מילימטרים. רואים אותו, לעיתים, מרחף בלהקות גדולות למדי ליד פירות רקובים. זה גם אחד האורגניזמים החשובים ביותר למחקר ביולוגי,שנחקר כבר כמעט מאה שנה.
 
אורך חייו של הזבוב מסתכם בכשבועיים בלבד, דבר שמאפשר למדענים לחקור באמצעותו תהליכים שמתחוללים תוך חילופי דורות רבים. יומיים עד ארבעה ימים בלבד חולפים מבקיעת הזחל מביצתו ועד שהוא הופך לגולם, וכעבור ארבעה ימים נוספים הוא בוקע ממעטפת הגולם כזבוב בוגר. בחלוף 12 שעות מרגע זה הוא מגיע לבגרות מינית ונעשה פורה.
 
זבוב הפירות הוא אורגניזם פשוט בהרבה מכל בעל-חיים יונק, אבל הגנים שלו, שמקודדים את החלבונים הממלאים תפקידים מרכזיים בתהליכי התפתחות העובר, דומים מבחינות רבות לאלה של יצורים מורכבים ומפותחים יותר. כך, למשל, המקטעים הגנטיים ה"זבוביים" השולטים בהתבטאות הגנים המעורבים בהתפתחות עוברית, קרובים מאוד למקביליהם בבעלי- חיים יונקים ובבני-אדם. למעשה, פשטותו היחסית של הזבוב מקנה לו יתרון משמעותי נוסף בכל מה שקשור למחקר גנטי: מתברר, שבעוד שביונקים קיימות קבוצות גדולות של חלבונים האחראים לאותו תפקוד, בגופו של זבוב הפירות מצוי נציג אחד בלבד מכל קבוצה, דבר שמקל מאוד על מיפוי והבנת העקרונות של תהליכים גנטיים.
 
הזבוב
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם