החלבונים שטסים ביזנס

מי לא הביט אי פעם בקנאה בנוסעי המחלקה הראשונה העולים ישירות לטיסה, בזמן שנוסעי מחלקת התיירים נאלצים להמתין זמן רב בשער העלייה למטוס? גם בתאי גופנו ישנם אח"מים – או בעצם חח"מים, כלומר "חלבונים חשובים מאוד" – המגיעים ליעדם לפני כולם. מדעני מכון ויצמן למדע גילו באחרונה מסלול מועדף לשינוע חלבונים לפרוקסיזומים (peroxisomes) – אברונים הזקוקים לאספקה סדירה של חלבונים על מנת לבצע את תפקידם המוכר ביותר: פירוק שומנים. ממצאי המחקר עשויים לקדם את ההבנה של מחלות נדירות, ולרוב הרסניות, הקשורות בשיבוש פעולתם של אברונים אלה. למחקר עשויות להיות גם השלכות נרחבות יותר על חקר השינוע של חלבונים לאברונים שונים, לא רק לפרוקסיזומים.

כמחצית מהחלבונים המיוצרים בתא צריכים להגיע לאחד מהאברונים התאיים כדי לבצע את תפקידם. קבוצת המחקר בראשות מדענית הסגל, ד"ר עינת זלצקבר, פרופ' מאיה שולדינר ופרופ' נעמה ברקאי, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית של המכון, יצאה לבדוק אם ישנם חלבונים הנהנים מ"יחס מועדף" בדרך לאחד מאותם האברונים – הפרוקסיזום. בניסויים בתאי שמרים התמקדו תלמידי המחקר מירה רוזנטל ואיל מצל-רז, יחד עם עמיתיהם, בחלבון שינוע בשם Pex5, המעביר חלבונים לפרוקסיזומים. בעזרת מערכת מולקולרית שפותחה במעבדתה של פרופ' נעמה ברקאי, יצרו המדענים "תור" ארוך של חלבונים: עותקים רבים של חלבון המתחרים על השינוע לאברון היעד.

גם בתאי גופנו ישנם אח""מים – או בעצם חח"מים, כלומר "חלבונים חשובים מאוד" – המגיעים ליעדם לפני כולם

רוב החלבונים המיועדים להגיע לפרוקסיזומים נפגעו מהתחרות: כאשר נאלצו להתחרות בעותקים רבים של "נוסעים" פוטנציאליים אחרים, הם נדחפו לסוף התור ולרוב כלל לא הגיעו לפרוקסיזומים. אך כמה חלבונים לא הושפעו מהתחרות ונתגלו כבעלי מעמד "חח"מים"; הם הצליחו להגיע לפרוקסיזומים ביעילות בכל מצב, ללא קשר לעוצמת התחרות.

כדי ללמוד עוד על מעמד מועדף זה, "האכילו" המדענים תאי שמרים בשמן זית, העובר פירוק בפרוקסיזומים. כדי להתמודד עם משימת העיכול של הארוחה השומנית, גדל מספר הפרוקסיזומים בכל תא כמעט מיד משלושה לכשמונה. בסדרת ניסויים זו, זיהו המדענים שלושה חלבונים נוספים שזכו בשינוע מועדף לפרוקסיזומים; באופן לא מקרי, היו אלה החלבונים אשר הגעתם נדרשה באופן דחוף, שכן הם משתתפים בפירוק שמן הזית. ממצאים אלה מצביעים על כך שמעמד מועדף הינו תכונה דינמית, אשר יכולה להשתנות בהתאם לשינויים סביבתיים או לצרכים של התא. המדענים הראו גם כי תכונה זו מסומנת באמצעות תג מולקולרי מיוחד – מעין כרטיס "ביזנס" – המסייע לחלבון לעלות על ההסעה, כלומר, להיקשר לחלבון Pex5.  

במחלות רבות הקשורות בפרוקסיזומים נפגעת היכולת של החלבונים להגיע לאברונים אלה, דבר הגורם להם להצטבר בתא באופן בלתי-תקין. הסרט "השמן של לורנצו" (1992), על הורים המחפשים תרופה לבנם, העלה למודעות הציבורית את קיומן של מחלות אלה, אך גם כיום עדיין אין למחלות פרוקסיזומליות תרופה יעילה. ממצאי המחקר עשויים להוביל להבנה מדויקת יותר של הפגם הגנטי הגורם למחלות, ובכך לקדם בעתיד פיתוחן של תרופות. הממצאים עשוים גם למצוא שימוש בביוטכנולוגיה ולעזור בשינוע חלבונים מסוימים בצורה מועדפת לתוך פרוקסיזומים במטרה להפוך אברונים אלה לבתי חרושת זעירים לייצור מטבוליטים בתא.

במחקר השתתפו עדן יפרח ואמיר פדל מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית של המכון; ד"ר יואב פלג מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים של המכון; ד"ר ג'רום בורג'י ופרופ' מתיאס וילמנס מבית החולים האוניברסיטאי המבורג-אפנדורף; ולילה דרווש ופרופ' דורון רפפורט מאוניברסיטת טובינגן.