חיזוקים חיוביים

בקיצור
 
השאלה: כיצד פועלים החלבונים המייצבים את גדילי הדי-אן-אי הבודדים?
 
הממצאים: מדעני המכון הציגו מודל חישובי שמראה כי החלבונים המייצבים והגדילים מתלפפים זה סביב זה, ובכך הם יוצרים צְבָרים יציבים.

כולם מכירים את הדי-אן-אי כסליל כפול, אך כאשר מגיע הזמן לתקנו, לשכפלו, או "לקרוא" את המידע שבתוכו, מתפצל הדי-אן-אי לשני גדילים בודדים. פיצול זה מנגיש את "קריאת" המידע הגנטי שטמון בדי-אן-אי, אך כתוצאה מ"בדידותם", הגדילים אינם יציבים, ופגיעותם לנזק סביבתי גוברת. במחקר חדש – שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית" (PNAS) – הציגו מדעני מכון ויצמן למדע מודל חישובי, שמראה כיצד פועלים חלבוני ה"תמיכה" אשר מייצבים את הגדילים הבודדים של הדי-אן-אי. חלבונים אלה מגינים על הגדילים, ומונעים מהם להתקפל חזרה למבנה הדו-גדילי, אשר עלול להקשות על הגישה למידע שבתוכם.

בדומה לרוב החלבונים הבאים במגע עם הדי-אן-אי הדו-גדילי במסגרת החיפוש אחרי האתר הייחודי לקישור, חלבוני ה"תמיכה" גולשים על-פני גדילי הדי-אן-אי הבודדים. בזמן הגלישה, בדרך כלל מתבססים המגעים בין החלבונים לבין הדי-אן-אי על שוני במטען חשמלי: מטען חיובי עבור החלבונים, ומטען שלילי עבור הדי-אן-אי. המודל שבנו פרופ' יעקב (קובי) לוי והחוקרת הבתר-דוקטוריאלית ד"ר
 
גארימה מישרה, מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן למדע, מגלה כי במקרה של חלבוני התמיכה – המצב מורכב יותר. חלבונים אלה מגיבים עם סלילים בודדים של הדי-אן-אי גם באופן כימי, באמצעות חומצות אמינו המכילות מבנים הקרויים קבוצות ארומטיות. באמצעות שני סוגי מגעים אלה מתלפפים החלבונים והגדילים הבודדים זה סביב זה, ויוצרים צְבָרים יציבים. המודל החדש איפשר למדעני המכון לנבא את המבנה המדויק של צברים אלה, ולאחר השוואתו למבנים ידועים שהתגלו בניסויים שבוצעו על גבישים של המולקולות, התברר כי הניבוי היה נכון.

בזמן הגלישה מתבססים המגעים בין החלבונים לבין הדי-אן-אי
על שוני במטען חשמלי:
מטען חיובי עבור החלבונים, ומטען שלילי עבור הדי-אן-אי 

 
המודל משמש כלי בעל ערך רב למחקרים עתידיים על יחסי הגומלין בין חלבוני התמיכה לבין גדילי הדי-אן-אי הבודדים. יחסים אלה מהווים אתגר  בניסויים, מפני שהם מורכבים יותר מהמגע המתקיים בין חלבונים לבין הסליל הכפול של הדי-אן-אי. המורכבות נובעת מכך, שהגדילים הבודדים גמישים יותר, ושונותם הכימית יחסית לסליל הכפול רבה יותר. המודל החדש מספק את המידע התיאורטי הנחוץ על מנת להקל על ניסויים בגדילים בודדים.
 
בין היתר עשוי המודל לאפשר למדענים לבדוק האם ממצאים שהתגלו בשנים האחרונות – אשר נוגעים ליחסי הגומלין בין סלילי די-אן-אי כפולים לבין חלבונים – תקפים גם עבור המגעים המתקיימים בין חלבוני ה"תמיכה" לבין הגדילים הבודדים. כך למשל, מחקריהם של פרופ' לוי וחברי קבוצתו תרמו בעבר לפתרון התעלומה – כיצד מצליחים חלבונים הגולשים על הסליל הכפול למצוא נקודות קישור במהירות רבה, ובאותה נשימה ליצור קשרים חזקים מספיק כך שיתרחשו בנקודות אלה מגעים מולקולריים. באמצעות ניתוח חישובי זיהו מדעני המכון איפיונים מבניים ואנרגטיים המאפשרים לחלבונים להיקשר לדי-אן-אי במהירות ובעוצמה מְרַבּיות. בין השאר הראו המדענים, כי החלבונים מסוגלים "לקפוץ" מעל מכשולים, ולנצל לטובתם נתונים מבניים, כמו החלקים הלא-מקופלים שלהם.
 
מחקר זה שופך אור חדש על תיפקוד הדי-אן-אי ברמה המולקולרית, ובכך הוא מקדם את הבנתנו ביחס לתהליכים הביולוגיים הנמצאים בבסיס החיים. בנוסף, ייתכן כי הוא יוביל לפיתוחם של יישומים ביו-טכנולוגיים המבוססים על המגעים בין חלבונים לבין הדי-אן-אי.