מחקר ישראלי חדש חושף את המנגנונים המרתקים של תאי ביצית בהתכוננותם ליצירת חיים חדשים. המחקר, בהובלת פרופ' יניב אלקובי, חוקר במחלקה לביולוגיה התפתחותית בפקולטה לרפואה באוניברסיטה העברית, והסטודנטים סוואסטיק קאר ורייצ'ל דיס מקבוצת המחקר שלו, מתאר כיצד ביציות מתפתחות יוצרות מבנים תאיים המארגנים את התפתחות העובר ומספק תובנות חשובות על תהליכים חיוניים לרבייה ולביולוגיה התפתחותית. הגילויים החדשים ראו אור בכתב העת Current Biology.
התגלית המרכזית: הגופיף הבלביאני
במוקד המחקר עומד הגופיף הבלביאני (Balbiani body) – מבנה ייחודי הקיים בתאי ביצית של מגוון רחב של מינים - מחרקים ועד בני אדם. הגופיף הבלביאני פועל כמארגן של מולקולות חיוניות, כגון RNA וחלבונים, הנדרשות להתפתחותו התקינה של העובר. המחקר החדש, שנערך באמצעות מודלים של דגי זברה ובשיטות מיקרוסקופיה מתקדמות בשחלה השלמה, גילה כיצד מבנה זה נוצר במנגנון של עיבוי מולקולרי במהלך התפתחות הביצית. בתהליך זה, מולקולות מעשה ידיו של הגופיף הבלביאני מתעבות לטיפות צמיגיות שבהדרגה מתמזגות ויוצרות אברון כמעט מוצק בתא, תהליך שמניח את היסודות ליצירת חיים.
פרופ' אלקובי מסביר: "המחקר הזה מתמקד בהבנת תהליכים התפתחותיים – כיצד מתפתח גוף עם סוגי תאים שונים, מבנים וצורות ייחודיות שמתאימים לתפקודם, מתוך ביצית שנראית במבט ראשוני סימטרית, עגולה ופשוטה. זהו תחום שחקרתי גם בדוקטורט שלי, שבו עסקתי בהתפתחות המוח האחורי בצפרדעים. בכל פעם שמצאתי תשובה לשאלה מסוימת, צצו שאלות חדשות שהובילו אותי עמוק יותר אל תהליך התפתחות העובר.
6 צפייה בגלריה
דגי זברה משמשים מודל מצוין לביולוגיה של האדם, עם דמיון גנטי של כ-70% ויכולת ליצור מודלים מדוייקים של 80% מהמחלות הגנטיות האנושיות
(צילום: Shutterstock)
"בשלב מסוים הבנתי שהרבה מהגורמים שמכוונים את התפתחות העובר - מקורם בביצית. תהליכים אלו מושרשים בביצית כבר בשלבי התפתחותה בשחלה, ולכן המחקר שלי מתמקד בהבנת המנגנונים שמעצבים את התהליכים הללו ומניחים את הבסיס לחיים חדשים".
הוא מוסיף כי מה שעניין אותו במיוחד הוא לחקור את מקור המידע שמאוחסן בביצית, ולדבריו: "ללכת כמה שיותר אחורה במהלך ההתפתחות כדי להבין מהיכן המידע הזה מגיע. המידע הזה, שמאוחסן בביצית, הוא שמכוון את התפתחות הצירים בעובר. בשלב הנכון במהלך ההתפתחות, המידע הזה נכנס לפעולה ומתחיל לעצב את הצירים של העובר ואת תבנית הגוף שלו".
החלבון שמניע את תהליך החיים
החוקרים הדגישו את תפקידו של חלבון בשם "באקי בול" (Bucky ball) אשר יוצר הגופיף הבלביאני בתהליך הנקרא "עיבוי מולקולרי". תהליך זה גורם לחלבונים לעבור ממצב מסיס בתא למצב מוצק-יציב, ומאפשר יצירה של מבנה אחיד ותפקודי המפריד את תוכנו משאר סביבת התא. במקרה של הגופיף הבלביאני, הפרדה זו "מאחסנת" את מולקולות תוצר הגופיף הבלביאני לשם תפקודן מאוחר יותר בעובר. שינוי זה קריטי להתארגנות הנכונה של תא הביצית ולהתפתחותו של העובר.
"עיבוי מולקולרי הוא תופעה הנחקרת באופן חדש יחסית בהקשרים ביולוגיים, שמקורה במחקרים בפיזיקה ובכימיה", אומר פרופ' אלקובי. "רק בשנת 2012 החלו להתפרסם מחקרים שחשפו לראשונה את קיום התופעה הזו בתהליכים תאיים, ומאז התחום התפתח לקשת רחבה של הקשרים ביולוגיים. עד כה, רוב המחקרים בתחום הזה נעשו על חסרי חוליות, כמו זבובי פירות ותולעים או בתרביות תאים, ותרמו תרומה אדירה להבנתו. העבודה שלנו היא אחת הראשונות שמדגימה את המנגנונים הללו באיבר של חולייתן במהלך התפתחותו, תגלית שפותחת דלת להבנה מעמיקה של תהליכים התפתחותיים ".
באשר לחלבונים נוספים, העבודה של פרופ' אלקובי זיהתה חלבונים נוספים שככל הנראה ממלאים תפקידים חשובים בתהליך העיבוי המולקולרי ובארגון תאי הביצית, אך לדבריו, נדרש מחקר נוסף כדי להבין לעומק את תפקידיהם ואת השפעתם על תהליך ההתפתחות העוברית.
בנוסף, המחקר חשף את תפקידם של המיקרוטובולים, "כבלים" תאיים שמווסתים את תנועת החלבון באקי בול, מהווים פיגום למיזוג המולקולות שלו ומארגנים מכנית את צורתו התקינה של הגופיף הבלביאני. תהליך זה מונע שגיאות בארגון התא ומבטיח את הצלחת תהליך הרבייה.
השלכות על בריאות הרבייה ומחלות
המחקר מציע גם רשימה של חלבונים נוספים, שהתגלו באמצעות גישות פרוטאומיות מתקדמות, אשר עשויים למלא תפקידים מרכזיים בתהליך היווצרות הגופיף הבלביאני. חלבונים אלה ככל הנראה ממלאים תפקידים חשובים בתהליך העיבוי המולקולרי ובארגון תאי הביצית, אך לדברי פרופ' אלקובי נדרש מחקר נוסף כדי להבין לעומק את תפקידיהם ואת השפעתם על תהליך ההתפתחות העוברית. ממצאים אלו סוללים את הדרך להבנה מעמיקה של המנגנונים הקשורים לבריאות, פוריות ורבייה, במיוחד בנשים.
פרופ' יניב אלקובי: "הצלחנו לחשוף כיצד הגופיף הבלביאני נוצר, מאורגן ומבוקר ברמה המולקולרית. תגלית זו עונה על שאלות בנוגע להתפתחות תאי ביצית שנותרו פתוחות במשך יותר משתי מאות מאז גילוי הגופיף, ומספקת בסיס חדש למחקר בתחום הרבייה"
מעבר לכך, המחקר מספק תובנות חשובות גם לגבי מנגנוני עיבוי מולקולרי בתא ולגבי תהליכים פתולוגיים. בעוד שמבנים מוצקים בתאים ידועים לרוב בהקשר של מחלות ניווניות כמו אלצהיימר ופרקינסון, הגופיף הבלביאני נוצר באופן פיזיולוגי מבוקר, ומתפרק כאשר הוא מסיים את תפקידו. הבנת הבקרה על יצירתו ופירוקו של הגופיף עשויה להוביל לתובנות חדשות על מנגנונים המחוללים מחלות נוירודגנרטיביות.
לדברי פרופ' יניב אלקובי: "הצלחנו לחשוף כיצד הגופיף הבלביאני נוצר, מאורגן ומבוקר ברמה המולקולרית. תגלית זו עונה על שאלות בנוגע להתפתחות תאי ביצית שנותרו פתוחות במשך יותר משתי מאות מאז גילוי הגופיף, ומספקת בסיס חדש למחקר בתחום הרבייה".
תגלית זו שופכת אור חדש על תהליכי הרבייה וההתפתחות העוברית בחולייתנים, ובכללם באדם. הגופיף הבלביאני התגלה לראשונה כבר ב-1845 והוא נוצר גם בביציות אישה, אך תפקידיו ומנגנוני היווצרותו בשחלות אישה עדיין מיסתוריים. הממצאים החדשים מספקים כלים להבנה טובה יותר של רבייה באדם ושל פוריות ובריאות האישה.
האם ניתן ליישם את ממצאי המחקר להבנה ולשיפור בעיות פוריות בנשים?
"הגופיף הבלביאני נוצר גם בביציות של נשים, ולמרות שמחקרים בעכברים מצביעים על חשיבותו ביצירת הזקיק, ההבנה המולקולרית של תפקידו עדיין חלקית", מסביר פרופ' אלקובי.
"בביציות נשים, מבנה הגופיף דומה מאוד למבנהו בביציות של דגי זברה ועכברים, אך יתרונו של דג הזברה כמערכת מודל בולט במיוחד. דגי זברה משמשים מודל מצוין לביולוגיה של האדם, עם דמיון גנטי של כ-70% ויכולת ליצור מודלים מדויקים של 80% מהמחלות הגנטיות האנושיות, באופן שמאפשר מחקר ומציאת ריפוי. השחלות של דגי זברה שקופות ושטוחות, מה שמאפשר שימוש במיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה. יתרה מכך, בשחלה של דג הזברה קיימים כמעט כל השלבים הקריטיים להתפתחות הביצית, בניגוד לעכברים שבהם שלבים מסוימים אינם נגישים באותה מידה".
ממצאי המחקר עשויים לסייע בעתיד בשיפור בעיות פוריות בנשים, לדברי פרופ' אלקובי: "באדם, התהליכים שאנו חוקרים מתרחשים בשחלה של העוברית המתפתחת בזמן שהיא עדיין ברחם אמה. שלבים אלו קריטיים לקביעת המספר והאיכות של הביציות לאורך חיי האישה, מכיוון שנשים נולדות עם מספר קבוע של זקיקים.
"פגמים בהתפתחות הביצית המוקדמת מהווים גורם מרכזי לבעיות פוריות, הפלות ואף התפתחות של גידולים שחלתיים, אך כיום חסרה הבנה בסיסית של המנגנונים הטבעיים המתרחשים בשלב זה. מאחר שאי אפשר לחקור את התהליכים הללו באדם באופן ישיר, אנו משתמשים בדגי זברה כדי לפענח את המנגנונים הללו בשלבים הקריטיים ביותר, ובכך לקדם את ההבנה שלנו לגבי תהליכי הרבייה וההתפתחות. הבנת המנגנונים התקינים תספק תובנות חדשות לגבי הגורמים לפגמים בתהליכים הללו ולדרכים להתמודד עמם".
