"חוקרים פרטיים": מתחת למכסה המנוע של התא יש ספגטי

לפני חלוקת התא מולקולות הדנ"א בתא נראות כמו ספגטי מבושל, משנות את צורתן והופכות למקלות קשיחים שדומים לספגטי לפני בישולו. אנו חוקרים כיצד מכונה חלבונית שנקראת קוהיזין עושה זאת

תמיד אהבתי להתבונן במערכות מכניות, ולנסות להבין כיצד הן עובדות. כשהייתי ילד, אבי היה מרים את מכסה המנוע של המכונית ומסביר לי על פעולת המנוע ותפקידם של החלקים השונים.

חוקרים פרטיים - לכתבות הקודמות

בחלוף השנים, בחרתי ללכת בעקבות אהבת ילדות אחרת שלי. למדתי ביולוגיה באוניברסיטה העברית, ולאחר סיום הדוקטורט נסעתי להשתלמות במכון קרנגי למדע, שנמצא בעיר בולטימור שבארצות-הברית. כבר מתחילת הלימודים התעניינתי במיוחד בהבנת מנגנון הפעולה של חלבונים. חלבונים הם כמו מכונות זעירות שמניעות את התא, וכך הצלחתי לשלב במחקר שלי ביולוגיה ומכונאות. היום אני ראש מעבדה בפקולטה לרפואה על שם עזריאלי באוניברסיטת בר אילן. כשהסטודנטים שלי ואני מרימים את "מכסה המנוע" של התא אני חוזר לזכרונות ילדותי.

כשהסתכלתי בפעם הראשונה במיקרוסקופ בתאים שמתחלקים שמתי לב שמולקולות הדנ"א, שמקודדות למידע הגנטי, מילאו את חלל גרעין התא. אולם לפני חלוקת התאים הדנ"א שינה את צורתו והפך למקלות ארוכים. במהרה התברר לי ש"התגלית המדעית" המרעישה שלי ידועה כבר יותר ממאה שנים.

לפני חלוקת התא הדנ"א דומה לספגטי מבושל שנמצא בקערה. כפי שניתן לנגוס בספגטי הרך, חלבונים יכולים "לנגוס" בדנ"א, להעתיק ממנו את המידע שמקודד בו, וליצור על-פיו חלבונים שנדרשים לגדילת התא ופעילותו. אולם, אם התא ינסה להתחלק כאשר הדנ"א פרוס, הההפרדה תגרום לקריעתו, בדיוק כמו שקורה כמנסים להפריד אטריות ספגטי מבושלות שנידבקות אחת לשנייה.

ד"ר איתי און

לכן, לפני חלוקת התא, פועלים חלבונים על מנת לדחוס את גדילי הדנ"א הפרוסים ולארגן אותם במבנים קשיחים שדומים לאטריות ספגטי לפני שבישלו אותן. כעת, יכול התא להפריד את הדנ"א ולחלקו באופן שווה לשני תאי הבת שכל אחד מהם יכיל מטען גנטי זהה לתא האם. עם זאת, מעט מאוד ידוע על מנגנון הפעולה שבו החלבונים מבצעים את פעילות הדחיסה של הדנ"א בתא - איך הם הופכים את הספגטי המבושל לספגנטי קשיח.

אנחנו חוקרים כיצד מכונה חלבונית מופלאה בשם קוהיזין דוחסת את הדנ"א הפרוס למבנה קשיח לפני החלוקה. במעבדה, גילינו שקוהיזין משנה את צורתו, וששינוי זה חיוני למנגנון פעולתו. אנחנו משערים שקוהיזין נקשר לדנ"א הפרוס בשני מקומות מרוחקים אחד מהשני שנמצאים לאורך מולקולת הדנ"א הישרה. לאחר הקישור, החלבון קוהיזין משנה את המבנה שלו. הוא מצמיד אזורים מרוחקים ויוצר לולאת דנ"א ביניהם. כמו בוכנה במנוע, קוהיזין משנה את צורתו בצורה מחזורית ומסדר את מולקולות הדנ"א הישרות במבנים קשיחים שבנויים מאלפי לולאות שמסודרות מסביב לליבה פנימית.

מצאנו אזור בחלבון, שאם פוגעים בו, החלבון מקובע בצורה אחת ולא יכול לעבור לצורה השניה. במצב זה קוהיזין אינו יכול לפעול, ולדחוס את הדנ"א בצורה תקינה. את אותו שינוי בקוהיזין שזיהינו בתאים במעבדה גילינו גם באנשים, שם הוא גורם למחלה שנקראת תסמונת קורנליה דה לנגה. זו מחלה גנטית שמאופיינת בפיגור התפתחותי ושכלי. את השינוי הזה זיהינו גם כגורם שהופך תאים נורמאליים לסרטניים. המחקר שלנו שהחל בשאלה בסיסית העוסקת בתהליכים המתרחשים בתא הוביל אותנו להבנת מנגנונים הגורמים למחלות באדם. ייתכן שבעתיד נוכל למנוע את המחלות האלה על ידי תיקון החלבונים, כמו שמתקנים מנועים.

אתר המעבדה:

http://medweb.md.biu.ac.il/research/itay-onn

חוקרים פרטיים הוא מדור שבועי בערוץ הלימודים של ynet, שבו מסבירים חוקרים מדוע החליטו לעסוק בתחום המחקר שלהם. המדור נעשה בסיוע "האקדמיה הצעירה הישראלית".