זיכרון של קוץ

קוצים מגיעים בשלל גדלים וצורות - גבעוליים, שמנמנים, דמויי פטרייה או פקעת. אין הכוונה לקקטוס או לדרדר, אלא לאותם מיליארדי זיזים זעירים המעטרים את השלוחות המסועפות של תאי העצב המכונות דֶּנְדְּרִיטים. קוצים דנדריטיים בגודל של אלפית המילימטר יכולים להופיע ולהיעלם, לגדול ולהצטמק, לאורך כל שנות חיינו, והם נחשבים כיום לגורמים המשמעותיים ביותר של "גמישות מוחית" - היכולת של המוח שלנו ללמוד ולהשתנות בהתאם לצרכים ולנסיבות. על אף תפקידם החשוב, גודלם הזעיר מציב אתגר משמעותי בפני מדענים המבקשים לחקור אותם. באחרונה התגברו מדעני מכון ויצמן למדע על קשיים אלה בעזרת שילוב בין מודל מחשב לניסויים במעבדה, וגילו מנגנון ייחודי של ויסות עצבי. במאמר שהתפרסם בכתב-העת המדעי המקוון PLOS biology, הראו החוקרים כי מנגנון זה הינו מהיר ועוצמתי יותר מהמנגנונים שהיו מוכרים עד כה.

למעלה: מקטע של דנדריט עם שלושה קוצים, השמאלי ללא מערכת הקוץ ושני הימניים עם מערכת הקוץ (מסומנת בצהוב-ירוק). למטה: כאשר משחררים יוני סידן בראש הקוץ, העלייה בסידן גולשת במהירות אל הדנדריט בסיוע מערכת הקוץ (מימין), בעוד ללא המערכת (משמאל) העלייה היא מקומית בלבד (כחול מייצג רמה נמוכה של סידן תוך-תאי, ירוק – רמה גבוהה)(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)

עוד כתבות באתר מסע הקסם המדעי של מכון ויצמן למדע:

מדע: סיפור אהבה

פרופ' עדי קמחי, כלת פרס ישראל לשנת 2019, מראיינת את פרופ' יורם גרונר

הקוצים הדנדריטיים הם חלק מרשת ה"סינפסות" במוח - הצמתים העצביים המצויים בין תאי העצב ומאפשרים להם לתקשר זה עם זה. לכל סינפסה שני צדדים - הצד הקדם-סינפטי שמשדר אותות (שלוחה של תא העצב המכונה אקסון), והצד הבתר-סינפטי שקולט אותות (בדרך כלל אותם קוצים המצויים על-פני הדנדריטים).

הקוצים הדנדריטיים נצפו לראשונה בתחילת המאה הקודמת, אך ההנחה הייתה כי הם נותרים ללא שינוי כל החיים. רק בשנים האחרונות, עם התפתחות היכולת לצפות ברקמות חיות ברזולוציות גבוהות, התגלה כי מדובר במבנים דינמיים המורכבים משני חלקים עיקריים - ראש הקוץ שיכול להתנפח ולהתכווץ, וצוואר הקוץ שיכול להתארך ולהתקצר. השונות הרבה בין הקוצים במוח אינה מתמצה רק בשינויים צורניים אלה: בצוואריהם של כ-30% מהקוצים מצוי אברון המכונה "מערכת הקוץ" (spine apparatus). במשך שנים לא היה ברור מה תפקידו של אברון זה, אך במחקר קודם גילו מדענים בקבוצתו של פרופ' מנחם סגל מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון כי זהו מאגר סידן זעיר אשר מאפשר לווסת באופן מקומי תנודות של יוני סידן, וכך לחזק או להחליש קשרים סינפטיים.

דנדריט וקוץ בו(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)

מימין: ד"ר אדוארד קורקוטיאן ופרופ' מנחם סגל. מקפידים על קוצו של יוד(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)

במחקר הנוכחי, שהוביל מדען הסגל ד"ר אדוארד קורקוטיאן, הלכו החוקרים כמה צעדים קדימה וחשפו כי המנגנון הזעיר של מערכת הקוץ פועל כשסתום חד-כיווני שבו משאבות מולקולריות הפונות לכיוון ראש הקוץ מכניסות יוני סידן למאגר, ותעלות הפונות לכיוון הדנדריט מזריקות אותם אל תוך הדנדריט. יוני הסידן שבוקעים מהמאגר מאפשרים להגדיל את כניסת הסידן לקוץ וכך לחזק את הקשר הסינפטי. מסביר ד"ר קורקוטיאן: "מערכת הקוץ מהווה מעין 'מעלית סופר-מהירה' של יוני סידן אל הדנדריט - מנגנון מהיר יותר לפחות פי עשרה מאשר מעבר יוני סידן ללא אברון זה, ובהתאם גם כמות הסידן שעוברת גדולה פי עשרה. ככל הנראה משמעות הדבר היא יותר זיכרון, יותר למידה ויותר גמישות מוחית".

אבל תעלות הסידן של מערכת הקוץ סגורות בדרך כלל. כיצד הן נפתחות וגורמות ל"כדור הסידן" להתחיל להתגלגל? התנעת התהליך כרוכה בהגעת יוני סידן לאותו אזור זעיר של תעלות ב"תחתית" מערכת הקוץ ופתיחתן. ומה הסיכוי לכך שמאורע כזה אכן יתחולל? באמצעות מודל מחשב, המתבסס על סטטיסטיקה של ערכי קיצון שנבנה בשיתוף פעולה עם קבוצתו של פרופ' דיוויד הולקמן מה"אקול נורמל סופרייר" בפריז, גילו המדענים כי די ביון אחד בלבד של סידן שיגיע לאזור זה כדי שהמנגנון ייכנס לפעולה ויגדיל את כניסת הסידן לקוץ.

לא טוב היות התא לבדו 

"היכן נשמרים הזיכרונות שלנו? כשפורטים את השאלה הזאת לפרוטות - מגיעים בקצה הדרך למיליארדי הקוצים האלה, שכל אחד מהם יכול להשתנות באופן עצמאי ללא קשר לאחרים", אומר פרופ' סגל. "ברור לכולנו שיש מחלות ניווניות של המוח, כמו אלצהיימר, שבהן הקוצים נעלמים – ואז לא זוכרים יותר כלום. כשתא מאבד את התקשורת שלו עם התאים שעימם נהג 'לדבר' לאורך שנים, הוא מנותק מהרשת, מאגרי הסידן מתרוקנים, והקוץ, ועמו הסינפסה כולה, 'מתייבשים' ונעלמים". כיוון מחקר עתידי בעל השלכות קליניות עשוי לבחון אם תרופה שתשמור על מאגרי הסידן מלאים, תסייע לתא העצב לשרוד.