פנויים להובלה

01.12.2007
פרופ' מיכאל אלבאום. דיוור ישיר
 
 
פסי הייצור בבית החרושת התאי עובדים ביעילות וללא הפסקה, כדי לספק לתא את החלבונים הדרושים לקיומו. המפעל מחולק לאגפים בעלי תפקיד מוגדר: השלב הראשון של התהליך מתבצע בגרעין התא - מולקולת אר-אן-איי שליח מיוצרת על פי החומר הגנטי שבדי-אן-איי. השלב השני מתרחש בציטופלסמה, שם מיוצרים החלבונים על פי המידע המקודד במולקולת האר-אן-איי. התהליך מחייב העברה של "חומרי גלם" מאגף לאגף: מולקולות אר-אן-איי שליח קשורות לחלבונים יוצאות מהגרעין אל הציטופלסמה, וחלבונים אחרים הדרושים בגרעין התא נכנסים אליו ממקום ייצורם בציטופלסמה.
 
המעבר בין האגפים נעשה בצורה מבוקרת ומסודרת: כל חלבון נושא עליו מעין "תג זיהוי" המסמן את שייכותו לאחד משני מדורי התא. חלבונים-מובילים מיוחדים "קוראים" את תגי הזיהוי, ומעבירים את החלבונים למקום הרצוי, דרך נקבים בקרום העוטף את גרעין התא. "ניתן להשוות את הפעילות הזו למתרחש בחברת משלוחים", מסביר פרופ' מיכאל אלבאום, מהמחלקה לחומרים ולפני שטח שבפקולטה לכימיה. "השליחים, שהם החלבונים-המובילים, קוראים את הכתובת שעל החבילה, ומובילים אותה ליעד המתאים. הדעה המקובלת היא, ששירות המשלוחים הוא אמין ומסודר - רק השליח יכול להעביר את החבילות, ומרגע שחבילה מגיעה ליעד, היא נשארת בו, והשליח מתפנה להעביר את החבילה הבאה". עקרונות "שירות המשלוחים התאי" הם עקרונות מבוססים ומקובלים, אולם קיימות עדיין שאלות ובעיות הנוגעות ל"מנוע" המספק את האנרגיה הדרושה להפעלתו. מחקר שביצעו פרופ' מיכאל אלבאום ותלמיד המחקר רונן קופיטו, במטרה להבין את העקרונות האנרגטיים האלה, העלה ממצאים מפתיעים. מתברר, שבשירות המשלוחים התאי, ממש כמו בחברות משלוחים אנושיות, חבילות אשר הגיעו ליעדן עשויות לחזור לשולח, וכי תהליכי ההובלה הם דו-כיווניים ודינמיים יותר ממה שמקובל היה להניח.
 
מטרת המחקר הייתה לנסות לפתור את אחד הפרדוקסים העיקריים הקשורים במערכת ההובלה התאית. אספקת האנרגיה לתהליכים אלו מתבצעת באופן בלתי-ישיר: לאחר שהוביל את החבילה לגרעין, השליח חוזר אל הציטופלסמה, כשהוא נושא חומר עתיר-אנרגיה קשור לחלבון. החומר מתפרק בציטופלסמה תוך שחרור אנרגיה, ותוצרי הפירוק מועברים, על-ידי שליח נוסף, בחזרה לתוך הגרעין. בינתיים אוסף השליח חבילה נוספת ומוביל אותה לגרעין, וחוזר חלילה. הבעיה היא, שעל פי חוקי התרמודינמיקה, שימוש עקיף שכזה באנרגיה אפשרי רק לצורך הנעת תהליכים הפיכים, ואילו תהליך ההובלה נחשב, כאמור, לבלתי-הפיך - החלבונים מוסעים לגרעין ומצטברים בו. הדרך חזרה בלתי-אפשרית.
 
כדי לנסות לפתור את הפרדוקס השתמשו החוקרים במערכת ביולוגית המאפשרת למדוד במדויק את קצב תנועת החלבונים מהציטופלסמה לגרעין התא. המערכת מורכבת מגרעיני תאים המוקפים ב"אמבט" של נוזל ציטופלסמי, ובתוכו מצויים החלבונים-השליחים. אל האמבט מכניסים ריכוזים שונים של חלבונים מסומנים בחומר פלואורסנטי, הנושאים כתובת ששולחת אותם לגרעין, ועוקבים אחר הצטברות החומר הפלואורסנטי בגרעיני התאים.
 
תוצאות המדידות היו מפתיעות. בניגוד לסברה המקובלת, הגורסת כי החלבונים מצטברים בגרעין עד להיעלמותם המוחלטת מהציטופלסמה, החוקרים גילו כי ריכוז החלבון בגרעין מתייצב על רמה מסוימת, ואינו ממשיך לעלות, וכי הריכוז הסופי של החלבון בגרעין תלוי בריכוזו ההתחלתי בציטופלסמה. הפתעה נוספת ציפתה לחוקרים כשהמשיכו לעקוב אחר החלבונים לאחר ההגעה לשיווי משקל. מתברר, כי תנועת החלבונים דרך קרום הגרעין נמשכת: כמות החלבונים היוצאת זהה לזו הנכנסת, כך שריכוזם בגרעין נשאר קבוע. ממצאים אלה פורסמו באחרונה בכתב העת "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב" (PNAS).
 
פרופ' אלבאום: "גילינו כי מנגנון ההובלה התאי הוא מנגנון דינמי, וכי תנועת החלבונים נעשית בשני הכיוונים, אל הגרעין והחוצה. כך, כאשר נוצר עומס חלבונים בגרעין, ניתן 'להחזיר את החבילה לשולח', למרות שהיא נושאת את הכתובת המייעדת אותה לגרעין. בזכות הכתובת, רוב החבילות אכן מצטברות ביעד המתאים. אך הכתובת מתפקדת כגורם מנתב, המפנה את רוב החבילות למיקום מסוים, ולא כגורם הקובע את מיקומה של כל חבילה בודדת". המחקר מספק לביולוגים תובנות חדשות ביחס לאחת המערכות התאיות החשובות, הפועלות בכל מיגוון היצורים החיים, וגם מציע הסבר לתופעות ביולוגיות, ולדרכי התקשורת בין הציטופלסמה לבין הגרעין. פרופ' אלבאום מקווה, כי למחקר יהיו גם השלכות מעשיות - בימים אלו הוא מנסה לבנות מערכת מלאכותית למיון וריכוז חומרים, שתפעל על-פי העקרונות הפיסיקליים של חברת המשלוחים התאית.
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם