משחררים בלמים: תכנות מחדש של תאים
מדעני מכון ויצמן למדע זיהו מולקולה המקנה לתאים הגנה מפני חזרה למצב התפתחותי מוקדם יותר. לאחר הסרתה, עלה בידם לתכנת-מחדש תאים בוגרים במספרים חסרי תקדים ובזמן שיא
מהו הגורם המרכזי שמנע עד כה את השימוש בתאי גזע "מתוכנתים-מחדש" (reprogrammed) במחקר וברפואה? לפני יותר מעשור התרחשה פריצת דרך בתחום כאשר התגלה כי החדרה של ארבעה גנים לתאים בוגרים מחזירה אותם למצב דמוי תא גזע עוברי אשר יכול להתמיין לכל סוגי התאים. עם זאת, ההבטחה הגלומה בתאים מסוג זה, הקרויים "תאי גזע רב-תכליתיים מושרים" (iPSCs), לריפוי מחלות ולגידול איברים להשתלות, עדיין רחוקה מלהתממש, שכן תהליך התכנות-מחדש נתקל בשני קשיים מרכזיים: הוא נמשך זמן ארוך למדי - כארבעה שבועות - ובסופו רק חלק קטן מאוד מהתאים - כ-1% מהתאים בעכברים ושבריר מכך בבני-אדם - אכן הופכים לתאי גזע. כפי שדווח בשני מאמרים חדשים שפורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Cell Stem Cell, מדעני מכון ויצמן למדע זיהו והסירו מכשול שבלם את התהליך, והצליחו לתכנת-מחדש תאים במספרים חסרי תקדים ובזמן שיא.
עוד כתבות במסע הקסם המדעי של מכון ויצמן למדע:
האם אימונותרפיה תנצח את מחלת האלצהיימר?
פרופ' יעקוב חנא וצוות המחקר שלו במחלקה לגנטיקה מולקולרית גילו לפני כחמש שנים מולקולה אשר מהווה מעין "בֶּלֶם" בפני תכנות-מחדש. מולקולה זו, Mbd3, מקנה לתאים הגנה מפני חזרה למצב התפתחותי מוקדם יותר. הסרתה בשיטות של הנדסה גנטית אפשרה למרבית התאים בתרביות במעבדה להפוך לתאי גזע מושרים. עם זאת, Mbd3 פועלת בתא כחלק מקומפלקס חלבונים בעל כמה תפקידים, ובהיעדרו התאים אינם שורדים. בהמשך התגלה כי הקומפלקס החלבוני מופיע בכמה גרסאות, וכי הוא מורכב מ-12 חלבונים שונים, בעלי תצורות שונות, אשר מתאגדים ליצירתו. החוקרים זיהו את מולקולת החלבון המרכזית בקומפלקס (Gatad2a), וגילו כי פעילותו בתור חסם של תכנות-מחדש תלויה בכך שהמולקולות Gatad2a ו-Mbd3 יופיעו בו כל אחת בתצורה מסוימת.
"ממצא זה אפשר לנו לחתוך ולבודד גרסה מסוימת של הקומפלקס החלבוני", אומר פרופ' חנא. לאחר שהסירו גרסה זו, הצליחו החוקרים לגדל תרביות שבהן 100% מתאי עור בוגרים של עכבר הפכו לתאי גזע מושרים - וכל זאת בתוך שמונה ימים בלבד. בדיקות נוספות הראו כי לא ניתן להבחין בין התאים שיוצרו בשיטה זו לתאים שהתקבלו בשיטות אחרות. "רבים התקשו להאמין שאפשר להפוך 100% מתאי העכבר הבוגרים לתאי גזע מושרים", אומר פרופ' חנא. "אך כעת הראינו שהשיטה אכן עובדת. מעבדות אחרות כבר החלו לאמץ את השיטה שלנו, תוך הכנסת שינויים משלהן והצבת שאלות חדשות".
באמצעות השיטה החדשה, פתחו פרופ' חנא וצוותו גם את "הקופסה השחורה" של תהליך התכנות-מחדש. לשם כך גייסו לעזרתם את ד"ר שלומית גלעד וצוותה במרכז הלאומי הישראלי לרפואה מותאמת אישית על-שם ננסי וסטיבן גרנד. החוקרים גידלו תרביות תאי גזע מושרים וביצעו ריצוף עמוק של חלק מהתאים בכל 24 שעות. פעולה זו אפשרה להם לגלות אילו גנים הופעלו בתאים, מתי ובאיזו כמות. בשיתוף מדעני המכון ד"ר יפעת מרבל, ד"ר יונתן סטלצר, ד"ר איגור אוליצקי, פרופ' עמוס תנאי, פרופ' עידו עמית ופרופ' יצחק פלפל, בחנו עם פרופ' חנא וצוותו את התוצאות מזוויות רבות, הן בתאים בודדים והן בהשוואה לתאים הגדלים בשיטות המוכרות.
בסך הכל, הפיקו החוקרים כ-12 מיליארד רצפים - מכרה זהב של נתונים למחקרים עתידיים. פרופ' חנא מספר שכבר בניתוח ראשוני נחשפו שני ממצאים מפתיעים. הראשון נוגע לגן c-Myc – אחד מארבעת הגנים המוחדרים לתא לצורך תכנותו-מחדש. גן זה הינו, בין היתר, אונקוגן (גן מחולל סרטן), עניין המעורר חשש לגבי שימוש רפואי בתאי גזע מושרים. למעשה, מחקרים שנערכו באחרונה בדקו אפשרות להסיר גן זה מהפרוטוקול וליצור תאי גזע מושרים תוך שימוש בשלושה גנים בלבד. פרופ' חנא וצוותו אכן הצליחו לייצר תאי גזע מושרים ללא תוספת c-Myc, אך גילו שהתאים מפצים על חסרונו באמצעות הפעלתו בכוחות עצמם. "במלים אחרות, גן זה חיוני לתכנות-מחדש. לכן, גם אם מכניסים רק שלושה גנים, עדיין יש לתת מענה לחשש הבטיחותי שמעורר הגן הרביעי", מסביר פרופ' חנא.
הממצא השני שופך אור על הצעד הראשון בתהליך התכנות, אשר מתרחש הרבה לפני שהתאים מראים סימן כלשהו לשינוי הזהות שלהם. החלבונים המיוצרים על ידי הגנים המוחדרים לתא (גורמי שעתוק) נקשרים לחלקים בגנום הנקראים "מָעֳצָמִים" (enhancers) – אזורים המעודדים שעתוק גנים. "גורמי השעתוק ניגשים ישר ל'מתגי ההדלקה' כדי להתחיל את התהליך. בשלב זה, התא עדיין איננו תא גזע בשום צורה, אבל מהשנייה שבה החלבונים נקשרים לאותם אזורים מעודדי שעתוק, התאים מחויבים לשינוי", אומר פרופ' חנא. "זהו ממצא שאי-אפשר היה לגלותו בשיטות הקודמות", הוא מוסיף.
פרופ' חנא וצוות המחקר ממשיכים ליישם את השיטה החדשה ושואלים, למשל, אם קיים בבני-אדם "בלם" נוסף אשר מהווה מכשול בפני תכנות-מחדש של תאים, וכן במה שונים תאי גזע מושרים מתאי גזע עובריים, ומה קורה כאשר הם מתחילים להתמיין לסוגי תאים שונים.
"הממצאים החדשים מצביעים על כך שעלינו להמשיך לנקוט משנה זהירות בהפקת תאי גזע מושרים לשימוש רפואי, והם גם מצביעים על שאלות פתוחות רבות", אומר פרופ' חנא. "עם זאת, המחקר בתחום יכול להתקדם כעת במהירות רבה יותר – ללא ה'בלם' שהאט אותו עד כה".
לפנייה לכתב/ת 
