בטן גב

בזמן היווצרותה מקבלת ביצת זבוב הפירות "קואורדינטות" כלליות, שמטרתן לאפשר "התמצאות ראשונית במרחב", כלומר, הבחנה בין צד הראש לצד הזנב, ובין הגב לבין הבטן. לאחר מכן, במהלך

ההתפתחות העוברית, מתרחש בקואורדינטות האלה כיוונון עדין יותר, בתהליך שמוביל – בסופו של דבר – ליצירת התבנית המלאה של היצור השלם. הכיוונון הראשון נוצר מיד לאחר ההפריה, במהלך השלבים הראשוניים ביותר של התפתחות העובר: "ציוני הדרך" הכלליים הופכים למפל ריכוזים חד, שבו מתרכזת כמות גדולה של חלבון מסוים, המתפקד כהורמון, בצפיפות במרכזו של האיזור שיתפתח בעתיד להיות הבטן; ריכוזו הולך ויורד ככל שמתקרבים לקצוות של אותו איזור. ממצאי המחקר, שערכו פרופ' נעמה ברקאי ופרופ' בני שילה, ביחד עם מיכל השכל איטח, דני בן-צבי, מירב ברנסקי אריאלי וד"ר איל שכטר מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, והתפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Cell, מגלים כיצד בדיוק מתבצע השלב הזה – שבהמשכו נוצרת כל קשת סוגי התאים על הציר בטן-גב בעובר. "הממצא המפתיע", אומר פרופ' שילה, "הוא שהתהליך המורכב הזה מתבצע באמצעות מספר קטן של חלבונים".

 

החלבונים האלה זוהו במהלך השנים האחרונות על-ידי המדענים באמצעות סריקות גנטיות, אך לא די ברשימת החומרים כדי לקבוע את מנגנון הפעולה שלהם. לשם כך נקטו המדענים שיטות ממוחשבות, ויצרו מודלים תיאורטיים כדי לבחון איזה מהם יוכל 

להסביר את מפלי הריכוזים שזוהו בניסויים. הם חיפשו מפלי ריכוזים אשר שומרים על יציבות גם כאשר רמתם של חלבונים בודדים אינה יציבה. "אנו יודעים מניסויים קודמים,כי הדרישה הזו מגבילה באופן ניכר את המנגנונים האפשריים", אומרת פרופ' ברקאי. למרות שמספר הרכיבים אכן היה מצומצם, המנגנון שהציעו המדענים מתוחכם למדי, ולפחות אחד מהרכיבים שבו לובש מספר צורות. חלבון זה – שהוא ההורמון אשר מניע את הפעולה – קרוי "שפעצל", מכיוון שבהעדרו, העובר לובש צורה מאורכת, בדומה לאיטרייה הגרמנית

.

ההורמון שפעצל, בצורתו הבלתי- פעילה, מצוי בכל היקפו של הקרום הפנימי של העובר הצעיר, אך האנזים שמפעיל אותו – באמצעות חיתוך ה"שפעצל" לשני חלקים – פועל רק באיזור הבטן. עם הפעלתו, שני חלקיו של ההורמון מפעפעים אל מחוץ לאיזור הבטן. שני החלקים יכולים גם להתחבר מחדש בצורות שונות, אותן אפשר להפעיל מחדש. יחסי הגומלין בין המרכיבים המסוגלים לפעפע אל מעבר לגבול הבטן לבין אלה שמוגבלים לאיזור זה, יוצרים מצב שבו ריכוזו של חלבון שפעצל פעיל הולך וגדל לקראת איזור הבטן – וכך נוצר מפל הריכוזים. פרופ' שילה: "במודל שיצרנו אנו רואים, כי הצורה הפעילה של חלבון השפעצל נדחפת, בסופו של דבר, לכיוון המרכז".

 

עם המנגנון שהציע המודל חזרו המדענים אל שולחן המעבדה. הם הצליחו להראות, כי ההורמון שפעצל אכן מופיע במספר צורות שונות זו מזו. כאשר גרמו למניפולציות בגנים האחראים לרכיבים שונים במודל, גילו המדענים כי הם יכולים לקבוע את ריכוזי ההורמון, ואף לייצר עוברים של זבובי פירות שבהם נוצרה הבטן במיקום בו אמור להופיע זנב. ניסויים אלה שיכנעו את המדענים בנכונותו של המודל הממוחשב.

הקולטנים אליהם נקשר ההורמון שפעצל מוכרים כקולטני Toll, שהתגלו בעוברי זבוב פירות בשנות ה-80 של המאה ה-20. קולטנים אלה עמדו במרכזו של פרס נובל לרפואה שהוענק בשנת 2011, אולם התגלית נגעה לתפקיד אחר: קולטנים אלה חיוניים לתגובה החיסונית המולדת, שורת ההגנה הראשונה של הגוף נגד פלישת מזיקים וגורמי מחלות. קולטני Toll נשמרו במהלך מאות מיליוני שנות אבולוציה, ופרופ' שילה מאמין כי הם התפתחו, במקור, למען הצרכים החיוניים של המערכת החיסונית, אך מאוחר יותר "אומצו" לצורכי יצירת תבניות העובר בחרקים. "יהיה מעניין לבדוק האם המנגנון שגילינו לשליטה בריכוזי הורמון שפעצל ויצירת מפל ריכוזים עשוי להיות שימושי גם עבור היבטים שונים של התגובה החיסונית המולדת", אומר פרופ' שילה.