הדינמיקה של הדינמין והסליל הנטוי

קבוצת מחקר מהפקולטה לביולוגיה בטכניון פענחה את הפעולה של החלבון דינמין, בתהליך שמאפשר לתא לבלוע מזון. המאמר התפרסם לאחרונה בכתב העת של האקדמיה האמריקנית למדעים - PNAS.

סליל הדינמין בתמונות מיקרוסקופ אלקטרונים. לפני הוספת מולקולות GTP המספקות אנרגיה למערכת, לדינאמין צורה של סליל רגיל (a). לאחר הוספת המולקולות GTP, זווית הנעיצה של חלבון משתנה, והחלבון נוטה ונשבר לחלקים בעלי צורה של סליל נטוי (b)(צילום: דוברות הטכניון)

החוקרים הסבירו כי תאים ביולוגיים, ממש כמו האורגניזם השלם, אינם יכולים לחיות בלי לאכול. מפני שאין להם איבר אכילה פיתחו התאים במהלך האבולוציה טכניקה ייחודית וחכמה לבליעת מזון: אנדוציטוזה(endocytosis) שמה. בתהליך האנדוציטוזה מופיע בקרום התא שקע שמתפתח ובולט כלפי פנים. בסוף התהליך נוצרת מהקרום בועה פנימית, שבתוכה לכודים חומרי המזון. כדי להשלים את פעולת הבליעה יש צורך לגזור את צוואר הבועה ולשחרר את חומרי המזון לתוך אברונים ייעודיים בתא. גורם מרכזי בפעולת הגזירה האמורה הוא חלבון בשם דינמין. מולקולות הדינמין מתהדקות סביב צוואר השלפוחית וגוזרות אותה. כך משתחרר המזון בתוך התא.

הבעיה היא שתהליך פנימי זה קשה מאוד לחקירה, ואף שקבוצות מחקר רבות עסקו בכך, המכניקה של התהליך לא הייתה ברורה עד כה. המודל שניסחו חוקרי הפקולטה לביולוגיה בטכניון פרופ'-משנה תום שמש והפוסט-דוקטורנטים ד"ר אביחי קדוש וד״ר בן ילין - אומת במיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) על ידי חוקרים באוניברסיטת ז'נבה.

ד"ר אביחי קדוש (מימין) ופרופ'-משנה תום שמש.(צילום: דוברות הטכניון)

פרופ'-משנה תום שמש הוא פיזיקאי בהכשרתו, ולכן הוא עוסק בעולם הביולוגיה מזווית לא שגרתית, תוך התמקדות בפיזיקה ובמכניקה של תהליכים ביולוגיים. גם הפוסט-דוקטורנט ד"ר אביחי קדוש, שהשלים את המאסטר שלו בפקולטה לפיזיקה בטכניון, עשה דרך דומה מפיזיקה לביולוגיה. "בדינמיקה של התא יש המון היבטים של עיבוד מידע, והם כמובן חשובים וקריטיים", הסביר פרופ'-משנה שמש, "אבל אנחנו מתמקדים דווקא בהיבטים המכנים והצורניים. למעשה אנחנו מסתכלים על 'עבודת הצווארון הכחול' - דחיפה, משיכה ומיקום של חלבונים ומולקולות אחרות. כך עשינו לגבי המבנה הסלילי של שרשראות הדינמין בתהליך האמור".

לדברי החוקרים, סליל הוא מוטיב חוזר במבנה של תאים חיים, החל בסליל הכפול של מולקולת הדי-אן-איי - התגלית הדרמטית של קריק, ווטסון ומוריס ווילקינס משנת 1953 - וכלה בחלבונים רבים ובשלד התא. לכן, אומרים החוקרים, אפשר להסיק שמדובר במבנה הנובע מעקרונות בסיסיים המשותפים למערכות רבות.

פרופ'-משנה תום שמש(צילום: דוברות הטכניון)

גם שרשראות הדינמין השותפות בתהליך האנדוציטוזה הן סליליות, והתגלית של קבוצת המחקר בטכניון קשורה להטייתו של הסליל בנקודת המגע שלו עם קרום התא. "למעשה פיתחנו מודל פיזיקלי המקשר בין הצורה של שרשרת החלבונים לבין כוחות מכניים המתפתחים במבנה. מודל זה הראה שצורת שרשרת הדינמין ויציבותה נקבעות במידה רבה על ידי זווית הנעיצה של קצות חלבון הדינמין בקרום התא. יתר על כן, באמצעות המודל הצלחנו לנבא בהצלחה את סידור המבנה החלבוני בתאים".

בעקבות הממצאים מציגים החוקרים אובייקט גאומטרי חדש: הסליל הנטוי (The tilted helix). לדברי פרופ'-משנה שמש, "אם בעבר נוסחו מודלים של מבנים תוך-תאיים על סמך צורות גאומטריות קלאסיות, כאן קרה תהליך הפוך - הביולוגיה נתנה לנו השראה לגאומטריה, והגאומטריה הזאת אינה קלאסית ואינה צפויה".

החוקרים גילו כי הזווית שבה ננעץ חלבון הדינמין בממברנה היא קריטית להצלחת המשימה - המשימה של חיתוך צוואר הממברנה ופירוק שרשרת הדינאמין כדי לשחרר את המזון בתוך התא.  אף שהמחקר התמקד במולקולות הדינמין, החוקרים מעריכים כי השיקולים שהביאו למודל הסליל הנטוי הם אוניברסליים, והבנתם תוביל להסבר של תופעות רבות בתא.