כיצד נמנעת התקצרות הטלומרים בתאים עובריים ובתאי גזע?

חוקרים באוניברסיטת תל אביב חשפו מנגנון מולקולרי בסיסי האחראי לשמירה על אורך הטלומרים, הקצוות של הכרומוזומים, שכידוע מתקצרים במהלך החיים. החוקרים מסבירים כי מדובר במחקר בסיסי הנוגע למנגנונים מולקולריים שמניעים מגוון תופעות, כמו תסמונות גנטיות שונות, סרטן וגם תהליך ההזדקנות טבעית. הבנת המנגנון עשויה לקדם פיתוח של טיפולים עתידיים למצבים אלה ואחרים.

המחקר, בהובלת ד"ר פרגיה סינג ופרופ' מרטין קופייק מבית הספר שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן בפקולטה למדעי החיים של אוניברסיטת תל אביב, פורסם בכתב העת eLife.

על חקר הטלומרים מסביר פרופ' קופייק: "הגנום של כל היצורים החיים מחולק לכרומוזומים המכילים את החומר התורשתי, ה-DNA, ובקצוות של כל כרומוזום יש מעין 'זנבות' שנקראים טלומרים. בכל פעם שתא מתחלק, ה-DNA שבגרעין התא משוכפל, ובתהליך השכפול מתקצרים הטלומרים. כך, במהלך החיים, הטלומרים הולכים ומתקצרים, ובמובן מסוים אורך הטלומרים משקף את הגיל הכרונולוגי של תאי הגוף. כלומר, התקצרות הטלומרים קשורה לתהליך הטבעי של ההזדקנות. כתוצאה מכך התעורר בשנים האחרונות עניין רב בחקר הטלומרים".

פרופ' מרטין קופייק. "מצאנו מנגנון פיזי המתאם בין תהליך שכפול ה-DNA לבין הפעלת הטלומרז, שמונע את התקצרות הטלומרים בתאים עובריים ובתאי גזע"

לכלל הנוגע להתקצרות הטלומרים בעת שכפול התא יש גם יוצאים מן הכלל והוא תאי גזע ותאים עובריים. פרופ' קופייק מסביר את המיקוד של המחקר במנגנון הבקרה על התקצרות הטלומרים: "התאים האלה נדרשים להשתכפל פעמים רבות. ילוד אנושי, שמשקלו כשלושה ק"ג, נוצר מתא בודד (איחוי של תא ביצית ותא זרע) שמשתכפל מספר רב של פעמים במהלך ההריון. ללא בקרה, הטלומרים היו מתקצרים משמעותית עוד לפני הלידה, וכדי למנוע זאת מופעל בתאים אלה אנזים הקרוי טלומרז, שמאריך את הטלומרים ומונע את התקצרותם. אנחנו ביקשנו לרדת לעומקו של מנגנון הפעלת הטלומרז".

המחקר בוצע במודל של תאי שמרים, הדומים מאוד לתאים אנושיים אך גדלים הרבה יותר מהר ונגישים לעבודה מחקרית. כמו כן, בדומה לתאים עובריים, שמרים מכילים טלומרז פעיל.

החוקרים התמקדו בחלבונים שידוע כי הם ממלאים תפקיד מרכזי במנגנון השכפול: החלבון ELG1, שמניע את תהליך השכפול על ידי הסרה לסירוגין של "טבעת" שנעה לאורך ה-DNA במהלך השכפול, והחלבון PCNA שממנו מורכבת אותה טבעת. באמצעות טכנולוגיות מתקדמות של הנדסה גנטית יצרו החוקרים מוטציות שונות בגנים המקודדים לשני החלבונים ובחנו את השפעת המוטציות על תהליך השכפול ועל התקצרות הטלומרים.

"מצאנו שמוטציות בשני החלבונים שבדקנו משפיעות על אורך הטלומר, הנמדד במעבדה בשיטות של ביולוגיה מולקולרית", מציינים החוקרים. "כמו כן, גילינו שהגעת הטבעת לאזור הטלומרים בכרומוזום מהווה איתות לטלומרז להיכנס לפעולה. כשבדקנו איך בדיוק נוצרת ההשפעה, גילינו אינטראקציה פיזית ישירה בין החלבונים PCNA ו-ELG1 לבין קומפלקס חלבונים בשם CST שנמצא על הטלומרים (מוטציות בקומפלקס CST גורמות לתסמונת גנטית קשה וחשוכת מרפא בשם Coats plus שרוב הלוקים בה אינם מגיעים לבגרות). ממצא זה מעניק לנו תובנה חדשה לגבי התיאום בין הטלומרז לבין מנגנון השכפול של ה-DNA".

פרופ' קופייק מסכם: "מצאנו מנגנון פיזי המתאם בין תהליך שכפול ה-DNA לבין הפעלת הטלומרז, שמונע את התקצרות הטלומרים בתאים עובריים ובתאי גזע. מדובר במחקר בסיסי במהותו, אך הוא עשוי להביא לפיתוח טיפולים בתחומים רבים, ביניהם סרטן, שבו תאים משתכפלים במהירות, והזדקנות, הקשורה להתקצרות הטלומרים".