דקות לאחר שזרע פוגש ביצית בזבוב הפירות, הופכת האחרונה לזירת התגוששות פעילה בין המינים. הביצית המופרית תוקפת ומשמידה את אברוני המיטוכונדריה - "תחנות הכוח" התאיות - של הזרע שנכנס לתוכה, ממש כאילו היו פולש זר, ומותירה על כנם רק את המיטוכונדריה שלה עצמה. ממצאים חדשים אלה של מדעני מכון ויצמן למדע שופכים אור על תעלומה מטריארכלית קדומה: מדוע וכיצד כל אברוני המיטוכונדריה בגופנו הם ירושה אימהית?
כמעט בכל המינים - מצמחים המתרבים באופן מיני, דרך פטריות וחרקים ועד יונקים ובהם בני-אדם - נעלמים באופן מסתורי אברוני המיטוכונדריה של האב זמן קצר לאחר ההפריה. על פי אחת התיאוריות, אברונים אלה נעלמים פשוט מכיוון שהם בטלים בשישים אל מול מספרם העצום של אברוני המיטוכונדריה של האם בביצית המופרית. ואולם ישנה גם תיאוריה רווחת שגורסת שהביצית מעלימה אותם בכוונת מכוון.
(התעלומה הגדולה: לאן נעלמו אברוני המיטוכונדריה האבהיים?)
לפני כעשור סיפקו מדענים במעבדתו של פרופ' אלי ארמה במחלקה לגנטיקה מולקולרית של המכון ראיות לתיאוריית "היד המעלימה". כעת במחקר חדש, בהובלת תלמידת המחקר שרון בן-חור, חשפו המדענים את הפרטים המולקולריים של יד זו, והראו כיצד מנחיתה הביצית מתקפה מכוונת וממוקדת נגד המיטוכונדריה של תא הזרע.
"ייתכן שהאברונים האבהיים מכילים גורמים מזיקים ולכן מושמדים - אבל ייתכן גם שהם צופנים בחובם נדוניות יקרות ערך מהאב", מעצים פרופ' ארמה את המסתורין. "כך או אחרת, פירוק המיטוכונדריה של האב משפיע באופן מכריע על המשך התפתחות הזבוב".
2 צפייה בגלריה
מימין: ד"ר אלינה קולפקובה, ד"ר איל שכטר, שרון בן-חור, פרופ' אלי ארמה, שושנה סרניק וד"ר קרן יעקובי-שרון
(צילום: מכון ויצמן למדע)
חצו את הרוביקון
תאי זרע של זבוב הפירות מתאימים במיוחד למחקר מסוג זה, שכן הם מהתאים הגדולים מסוגם בטבע. כמו כן, אברוני המיטוכונדריה שלהם אינם מפוזרים בכל רחבי התא אלא ממוקמים לאורך זנב הזרע ומחוברים יחדיו למבנה ארוך אחד.
במחקר החדש, הראו בן-חור ועמיתיה כי ברגע שתא זרע חודר לביצית, מקדמים את פניו נחילי בועיות המאחדות כוחות ועוטפות את זנב הזרע לכל אורכו. מעטפת מתוזמרת היטב זו מובילה לפירוק המבנה המיטוכונדריאלי הממוקם בזנב לחתיכות קטנות וקלות יותר לעיכול.
בשלב הבא, לאחר שבדקו אלפי עוברים של זבוב הפירות, הופתעו בן-חור ושותפיה לגלות כי הבועיות שעוטפות את זנב הזרע מכילות מולקולות המזוהות עם המערכת החיסונית המולדת. בדיקות נוספות העלו כי פני השטח של מעטפת הבועית מכילים כמויות גדולות במיוחד של רוביקון - חלבון של המערכת החיסונית הידוע בפעילותו נגד חיידקים פולשים.
2 צפייה בגלריה
דקות לאחר הטלת הביצית של זבוב הפירות, ניתן לראות עדיין את אברוני המיטוכונדריה של האב (שורה עליונה משמאל, מסומנים בסגול זוהר), אך שעה מאוחר יותר כבר אין להם זכר (שורה עליונה, שני משמאל). לעומת זאת, בזבוב מהונדס שחסר את החלבון רוביקון (שורה תחתונה), המיטוכונדריה אינם נהרסים גם שעה, שעתיים או שלוש שעות לאחר הטלת הביצית
(צילום: מכון ויצמן למדע)
בהמשך חשפו המדענים את המסלול הביוכימי השלם של פירוק המיטוכונדריה האבהית בביצית והראו כי הוא אכן מזכיר את ההתרחשות בתאי המערכת החיסונית הבולעים והורגים חיידקים. כך למשל, בדיוק כמו בתאים אלה, הצעד האחרון במסלול פירוק המיטוכונדריה בביצית המופרית הינו גיוס הליזוזומים – אברוני המחזור של התא – אשר משלימים את פירוק המיטוכונדריה ועיכולה.
"גילינו שהביצית יוצקת תוכן חדש למסלול ביוכימי של המערכת החיסונית המולדת וזאת במטרה לגייסו להשמדת המיטוכונדריה של האב. למעשה, אפשר לומר שהיא נוהגת באברונים אלה כמו בפולשים מסוכנים", אומרת בן-חור. ממצאים אלה עולים גם בקנה אחד עם התיאוריה הרווחת על המקור הקדום של המיטוכונדריה, ולפיה אברון זה החל את דרכו כחיידק שפלש לתא של אורגניזם מפותח יותר, ראה כי טוב ונשאר להתארח. פלישה זו הועילה לשני הצדדים והפכה למציאות אבולוציונית.
אבל מדוע הביצית טורחת כל כך להשמיד את המיטוכונדריה של האב? הסבר רווח אחד מתייחס לצורך של התא לייצר תאימות בין שני הגנומים שלו: הגנום שבגרעין, הנוצר ממיזוג בין הדי-אן-אי של האב והאם, והגנום המיטוכונדריאלי השונה מזה שבגרעין. לפי הסבר זה, קל יותר להגיע לתאימות והרמוניה בתא אם כל אברוני המיטוכונדריה נושאים את הדי-אן-אי של האם ולא של האב, שכן יותר מדי סוגי די-אן-אי עלולים להוביל להתנגשויות ותקלות. אך ייתכן שזה לא כל הסיפור, שהרי גם בזבובים וגם באדם הדי-אן-אי של המיטוכונדריה האבהית מתפרק הרבה לפני פירוק המיטוכונדריה עצמה.
"העובדה שהביצית נעזרת במנגנונים כל כך תוקפניים כדי להרוס את המיטוכונדריה של האב מצביעה על דחיפות ההרס", אומר פרופ' ארמה. "הסבר אפשרי אחד עשוי להיות שהמיטוכונדריה של האב מכילים רכיבים שאינם די-אן-אי, למשל אר-אן-אי, אשר עלולים להזיק לעובר – מצד שני ייתכן גם שהם מכילים מולקולות קטנות שעשויות להועיל להתפתחות העוברית ולכן כדאי לפרקם ולנצלם". כדי לבחון שאלה זו, יצרה בן-חור עוברי זבובים מהונדסים גנטית שאינם מסוגלים לייצר את החלבון רוביקון. החוקרים הראו כי עוברים אלה אינם מצליחים להשמיד את המיטוכונדריה של האב, ואכן ההתפתחות שלהם עצמם נפגעה.
האם גם בבני-אדם נהרסים אברוני המיטוכונדריה האבהיים באמצעות אותם מנגנונים קדומים? ישנן ראיות המצביעות על דמיון בתהליכים אלה לאורך העץ האבולוציוני. למשל, גם ביונקים זוהו בעבר צברי בועיות ליד זנב הזרע לאחר הפריית הביצית.
מלבד הרהורים על מלחמת המינים ופתרון התעלומה המדעית רבת השנים, אם קווי דמיון אלה יקבלו משנה תוקף במחקרים עתידיים, הם עשויים לסלול את הדרך להכנסת שיפורים בטיפולי פוריות מתקדמים, כמו הפריית מבחנה או טיפולים הכוללים את החלפת המיטוכונדריה של האם – למשל בעקבות מוטציות מסוכנות – באמצעות תרומת ביצית.
במחקר השתתפו גם שושנה סרניק, שרה אפר, ד"ר אלינה קולפקובה, ד"ר יואב פוליתי, ד"ר לירון גל, ד"ר ענת פלורנטין, פרופ' שמואל פטרוקובסקי, ד"ר איל שכטר וד"ר קרן יעקובי-שרון מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית; עפרה גולני וד"ר אהוד סיון מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים; ד"ר נילי דזורלה מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי; וד"ר דוד מורגנשטרן מהמרכז הישראלי הלאומי לרפואה מותאמת אישית ע"ש ננסי וסטיבן גרנד.
הכתבה פורסמה במסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע
