מיחזור גנטי: תפקידים חדשים לגנים קדומים

הדמיון בין גנים של בני-אדם, קופים, ציפורים ויצורים חיים אחרים, עשוי להטעות. הדמיון הזה קיים, למעשה, בעיקר בגנים המכילים את ההוראות לייצור חלבונים; בעוד שהגנים הרבים אשר מבצעים בקרה על הגנום – נבדלים במידה משמעותית בין בעלי-חיים שונים. "למשל, בני-אדם חולקים עם הדגים כ-70% מהגנים המקודדים חלבונים, אך רק 0.5% מהגנים השייכים לקבוצת בקרה חשובה – אלה המייצרים מולקולות אר-אן-אי ארוכות שאינן מקודדות, הקרויות long non-coding RNA או בקיצור, lncRNA", אומר ד"ר איגור אוליצקי מהמחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע.

מולקולות ה-lncRNA זכו עד לא מזמן להרבה פחות תשומת לב מאשר הגנים המקודדים חלבונים, אך כעת מגלים בהן המדענים עניין הולך וגובר. בגנום האדם יש כ-20 אלף גנים של lncRNA – בערך אותו מספר כמו גנים המקודדים חלבונים. מדובר במידע שמקודד ושמור "בין השורות" של המידע הגנטי הרגיל. יתר על כן, באחרונה התברר כי מולקולות ה-lncRNA ממלאות תפקיד של מתגי-על בתהליכים ביולוגיים רבים: הן מפעילות ומכבות גנים, משפיעות על גנים של בקרה, ושולטות, בדרך זו, בגורלם של תאים שונים בהתפתחות העובר, ובחלוקה ובמוות של תאים בגוף הבוגר. מכל אלה אפשר להבין שמבקרי-על אלה יכולים לסייע בהבנה ואולי אפילו בפיתוח דרכים חדשות לטיפול במגוון מחלות.

כאשר בניין יוצא מכלל שימוש, אפשר לנצל את הלבנים שמהן הוא בנוי, ולבנות מהן בתים חדשים. כך בדיוק, באבולוציה, נמצאו תפקידים חדשים לגנים שסיימו את תפקידם"

המדענים מנסים לגלות כיצד הופיעו הגנים של lncRNA בגנום, וכיצד אפשר  לחלק אותם לקבוצות לפי פעילותם. במחקר אשר התפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Genome Biology, הצליחו ד"ר אוליצקי וחברי קבוצתו – תלמידי המחקר הדס חצרוני, גלי האוזמן וזוהר מאיר; ומדעני הסגל ד"ר רותם בן-טוב פרי וד"ר יואב לובלסקי – לזהות קבוצה של lncRNA ביונקים, אשר התפתחה מגנים קדומים יותר שקודדו לחלבונים לפני מאות מיליוני שנים.

מדעני המכון הניחו שהאבולוציה היא תהליך חסכוני: כאשר גן מסוים מאבד את תפקידו, יש סיכוי סביר שהוא יעבור "מיחזור" ויוסב למטרות אחרות בתא.  ד"ר אוליצקי: "כאשר בניין יוצא מכלל שימוש, אפשר לנצל את הלבנים שמהן הוא בנוי, ולבנות מהן בתים חדשים. כך בדיוק, באבולוציה, נמצאו תפקידים חדשים לגנים שסיימו את תפקידם".

חברי קבוצתו של ד"ר אוליצקי פיתחו סדרה של אלגוריתמים אשר אפשרה להם למצוא גנים "ממוחזרים" כאלה בגנומים של בעלי-חיים יונקים. בתחילה, הם זיהו כ-1,000 גנים המקודדים חלבונים בעופות, בדגים, בלטאות ובחולייתנים אחרים שאינם יונקים. הם שיערו כי ביונקים, כאשר חלק מהגנים האלה איבדו את היכולת לקודד חלבונים, הם החלו לייצר lncRNA. כדי לבחון את ההשערה הזאת, הם השוו אזורים בסביבתם של ה- lncRNAושל גנים אשר הפסיקו לקודד חלבונים, וגילו כי בערך 60 גנים של lncRNA ביונקים,  אכן התפתחו מגנים קדומים. הרצף הגנטי שלהם דומה במקרים מסוימים לרצף הגנים הקדומים, אך הם איבדו את יכולתם לקודד חלבונים.

"קשה לדעת מה גרם לגנים אלה להפסיק לקודד חלבונים, לפני יותר מ-200 מיליון שנה, כאשר התפתחו היונקים מאבותיהם החולייתנים הקדומים", אומר ד"ר אוליצקי, "אך העובדה שהם נשמרו לאורך האבולוציה, מעידה שהם ככל הנראה ממלאים תפקידים חיוניים".

מוסיף ד"ר אוליצקי: "בשנים האחרונות התברר כי ה-lncRNA חשובים להפעלה או לכיבוי של גנים המעורבים במחלות שונות. בעתיד, נוכל אולי לתכנת מחדש רשתות שלמות של בקרת גנים כדי לטפל במחלות אלה. כך למשל, במחקר בעכברים, הצליחו מדענים בקולג' ביילור לרפואה שבטקסס, לעצור את התפתחותה של מחלה גנטית הקרויה תסמונת אנגלמן, הנגרמת כתוצאה ממוטציות בכרומוזום 15. כדי לעשות זאת, הם השתיקו lncRNA מסוים, והדבר הוביל לביטוי גן אחר שהיה מושתק ושמקודד לחלבון קריטי במוח". במחקרים נוספים התברר שה- lncRNA מסייעים ביצירת סוגים שונים של תאי עצב במוח העובר, וכאשר פעילותם משתבשת, הדבר עלול להוביל לאפילפסיה. עוד התברר שמולקולות ה- lncRNAמעורבות בחלוקת תאים, ומנגד, תפקוד פגום שלהם עלול לתרום להתפתחות סרטן.

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדובר - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il