אורך נשימה

מחקר בתאי גזע עובריים הוא אחת ההבטחות הגדולות של רפואת העתיד. שאלות, כגון מה המנגנון שגורם לתאים אלה להתמיין לרקמות הגוף השונות, וכיצד אפשר להנדס תאים בוגרים כך שיהפכו בחזרה לתאי גזע, מעסיקות מעבדות ברחבי העולם. מדעני מכון ויצמן למדע גילו באחרונה מנגנון בקרה חדש על התמיינות תאי גזע. כפי שדווח בכתב-העת המדעי Nature Communications, המדענים הראו כי גורלם של תאי גזע עובריים עשוי להיות מוכרע בשאלות "עיצוב פנים" של המיטוכונדריה – "תחנות הכוח" של התא.

כל תא מכיל מאות מיטוכונדריות – אברונים תוך-תאיים זעירים המוגנים בקרום ומכילים גנום משלהם, השונה מהדי-אן-אי בגרעין התא. בעבר היה נהוג לחשוב כי הדי-אן-אי והחלבונים בגרעין שולטים בכל הקורה בתא, אך בשנים האחרונות התגלה כי גם המיטוכונדריות משפיעות רבות על תהליכים תאיים. "המיטוכונדריות מתפקדות ללא ספק כאחד ממרכזי הבקרה החשובים ביותר בתא", אומר פרופ' איתן גרוס מהמחלקה לבקרה ביולוגית. "הן משנות באופן שוטף את צורתן – מתכווצות, מתרחבות, מתמזגות זו עם זו, מתארכות או מתפצלות – בדומה לבתים שקירותיהם נבנים כדי לייצר חללים חדשים או נהרסים לטובת יצירה של חלל גדול יותר. מדענים סברו מזמן כי שינויים דינמיים אלה עשויים לשחק תפקיד רגולטורי בתא, אך לא היה ידוע איזה תפקיד בדיוק".

במחקר החדש, יצאו תלמידי המחקר אמיר בהט ואנדרס גולדמן וחברים נוספים בקבוצתו של פרופ' גרוס לחקור את תפקידם של אברונים אלה בתחילת חייהם של תאי גזע עובריים. הם התמקדו במתג מולקולרי בקרום המיטוכונדריות – MTCH2, המכונה "מיץ'", שאותו גילה פרופ' גרוס לפני יותר מעשור. מיץ' כה חיוני להתפתחות העובר, עד כי עוברי עכברים שבהם הוא חסר אינם שורדים יותר משבוע ימים. בשיתוף עם פרופ' יעקוב חנא מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית ועם ד"ר איילת ארז מהמחלקה לבקרה ביולוגית יצאו המדענים לברר איזה תפקידים ממלא מיץ' בתאי גזע עובריים של עכברים במהלך השבוע הראשון להיווצרותם.

המדענים מצאו כי בתאי גזע עובריים בעלי עותק גן תקין של מיץ', התמזגו אברוני מיטוכונדריות סמוכים בקצב גבוה ויצרו אברונים מוארכים וגדולים יותר. בתאים מהונדסים גנטית, שהיו חסרי מיץ', לא התמזגו האברונים באותו קצב. להבדל מבני זה היו השלכות מרחיקות לכת: במיטוכונדריות בתאים הרגילים, חילוף החומרים, ביטוי הגנים והסממנים האפיגנטיים (תגים כימיים המשפיעים על פעילות הגנים) כבר לא היו אופייניים לתאי גזע עובריים, אלא לתאים העומדים להתמיין לרקמות גוף שונות. לעומת זאת, התאים המהונדסים – שבהם המיטוכונדריות לא התארכו ולא שינו את חילוף החומרים שלהן – נשארו במצב של תאי גזע עובריים.

כדי לוודא שגורל התא אכן נקבע על-ידי התארכות המיטוכונדריות ולא בעקבות פעולה אחרת של מיץ', גרמו המדענים להתארכות המיטוכונדריות באמצעות מנגנון "עוקף מיץ'". התוצאה הייתה מדהימה: די היה לגרום למיטוכונדריות להתארך, כדי שהדבר יוביל להתמיינות תאי הגזע העובריים. "היה ידוע כי מיטוכונדריות מתארכות בתנאי עקה (stress) מטבולית כדי לעשות שימוש מיטבי בחומרים מזינים בתא ולשמר את התא בחיים, אך כעת הראינו כי שינוי מבני זה עשוי להיות בעל השפעה מכרעת על גורל התא", אומר פרופ' גרוס.

במחקר הביו-רפואי מושקעים מאמצים רבים כדי להחזיר תאים בוגרים למצב של "תאי גזע" – אשר יוכלו לשמש בטיפולים רפואיים שונים. עד כה התמקדו רוב המאמצים בגנים שהנדסתם יכולה לאפשר לתאים "לחזור אחורה בזמן". המחקר הנוכחי פותח כיוון מחקר חדש, שבמרכזו השינוי בגודל ובצורה של המיטוכונדריות. בנוסף, הממצאים החדשים עשויים לקדם את ההבנה של בעיות פוריות. תאי גזע עובריים מתחילים להתמיין פחות או יותר במקביל לקליטת העובר ברחם. לפיכך, הבנה טובה יותר של תפקיד המיטוכונדריות בבקרה על תהליך ההתמיינות עשויה לעזור להתגבר על בעיות בקליטת העובר.

במחקר השתתפו ד"ר יהודית זלצמן, קוראל הלפרין, עמנואל אמזלג, מיכאל מולוקנדוב וד"ר אלון זילברמן מהמחלקה לבקרה ביולוגית של המכון; ד"ר דילשד חאן ופרופ' ארון שימר ממרכז הסרטן על שם הנסיכה מרגרט שבטורונטו, קנדה;  וד"ר ולדיסלב קרופלניק מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית של המכון.