חדשות

כיצד גוף האדם אורז 2 מטרים של DNA בגרעין זעיר?

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב זיהו את האופן שבו מסודר ה-DNA בגרעין שכל גודלו כמה אלפיות המ"מ | התגלית עשויה לקדם שיטות חדשניות של טיפולים גנטיים-מולקולריים לסרטן ולמחלות גנטיות

המאמר של חוקרי אונ' תל אביב נבחר לשער גיליון מרץ 2022 של Molecular Cell

שנים רבות שעולם המדע מנסה ללא הצלחה לפצח את החידה: כיצד גוף האדם מצליח לארוז 2 מטרים של DNA בתוך גרעין זעיר שכל גודלו כמה אלפיות המ"מ. כעת, מחקר מאוניברסיטת תל אביב עשוי לקדם את המדע בצורה משמעותית לקראת פתרון התעלומה.

מממצאי המחקר שפורסם בכתב העת Molecular Cell עולה כי אבני בניין (בסיסים/נוקלאוטידים) מסוגים שונים בשרשרת הד.נ.א מסתדרים באופן מדורג בתוך הגרעין – מהפריפריה אל המרכז, ובכך אזורים בעלי ריכוז גבוה של אבני בניין מסוג אחד נמצאים בפריפריה של הגרעין וככל שמתקדמים למרכז הגרעין, תכולת אבני הבניין משתנה באופן הדרגתי לאבני בניין אחרים.

כיוון שהגנים נמצאים לאורך הד.נ.א, אזי האופן המדורג בו הד.נ.א מסודר בתוך הגרעין מפריד את הגנים לפי תכולת אבני הבניין שלהם וכך למעשה הד.נ.א נארז בתוך הגרעין הזעיר.

התגלית החשובה התבצעה על ידי הדוקטורנטים לונה תמר ואופיר המאירי מהמעבדה של פרופ' גיל אסט מהחוג לגנטיקה מולקולרית של האדם וביוכימיה בפקולטה לרפואה באוניברסיטת תל אביב. המחקר נערך בשיתוף עם פרופ' רודד שרן מבית הספר למדעי המחשב באוניברסיטת תל אביב וכן חוקרים מאוניברסיטת בר אילן, מפורטוגל, מספרד ומארה"ב. המאמר נבחר לשער של גיליון מרץ 2022 של כתב העת Molecular Cell.

פרופ' אסט: "בגופו של כל אחד מאיתנו יש טריליוני תאים, ולכל תא יש גרעין שבתוכו ארוז הקוד הגנטי שלנו, רצף של מולקולות ד.נ.א שקיבלנו מהורינו – שאורכו כ-2 מטרים. ה-ד.נ.א מורכב מזיווגים של אבני בניין (בסיסים/נוקליאוטידים) המסומנות באותיות: G עם C ו-A עם T. בכל אזור של הד.נ.א יש חלוקה שונה של צמדי האותיות האלה.

"הממצאים שלנו מראים שבחלק החיצוני של הגרעין מסתדרים רצפי ד.נ.א אשר עשירים בצמדי הנוקליאוטידים A ו-T וככל שמתקדמים למרכז הגרעין יש החלפה הדרגתית, כך שבמרכז הגרעין שולטים רצפי ד.נ.א בהם יש עושר של צמדי G ו-C.

"הראינו שארגון זה קיים כמעט בכל התאים בגופנו. כמו כן הראנו שמיקומו של כל גן בגרעין משפיע על האופן שבו הגן מתבטא וכתוצאה מכך על עיבוד הר.נ.א השליח (mRNA) שנוצר מאותו גן. הבנת האופן בו מסתדר החומר הגנטי בגרעין מאפשר לנו להעריך כי רצף מולקולות הד.נ.א מתארגן בתוך הגרעין כך שגנים שהתוצרים שלהם מעובדים על ידי מנגנון אחד יהיו במקום שונה בגרעין מגנים אחרים בעלי מנגנון אחר. אנו סבורים שהבנה זו תתרום תרומה משמעותית לפיתוח טיפולים גנטיים למחלות תורשתיות ולסרטן".

פרופ' אסט מסביר שלאורך הד.נ.א פזורים אזורי הפעלה – הלא הם הגנים. שיעתוק הד.נ.א למולקולות ר.נ.א שליח המתורגמים לחלבונים המבצעים פעולות שונות בגופנו (כך לדוגמה, החיסון שהוזרק לרובנו נגד וירוס הקורונה מורכב ממולקולות ר.נ.א שליח של הנגיף שמתורגם בגופנו לחלבון הספייק הידוע, זה גרם למערכת החיסון לזהות אותו ולהילחם בו במקרה של הדבקה). המבנה של מולקולת ר.נ.א שליח דומה לרכבת, כאשר כל "קרון", המכונה אקסון, נושא בתוכו מידע גנטי שונה, ובין ה"קרונות" מחברים כבלים באורך משתנה. הר.נ.א שליח מופעל באמצעות תהליך המכונה שחבור (splicing), שבו ה"קרונות" נצמדים זה לזה, ואז נגזר הכבל המחבר ביניהם.

במסגרת המחקר, ששילב בין שיטות חישוביות של ביו-אינפורמטיקה לבין ניסויים ביולוגיים "רטובים", זוהה הבדל משמעותי, בריכוז אבני הבניין, בין גנים הממוקמים במרכז הגרעין לבין גנים שנמצאים בפריפריה.

עוד נמצא כי שוני זה גורם גם לשוני באופי המוטציות שמובילות למחלות גנטיות וסרטן ובאופן בו הן משפיעות על מולקולות הר.נ.א שליח: במוטציות שנוצרות בגנים שבפריפריה תהליך השחבור מדלג על "קרון" ומחבר בין זה שלפניו לזה שאחריו, ולעומת זאת מוטציות בגנים שבמרכז הגרעין גורמות לכך שאחד הכבלים המחברים את ה"קרונות'" אינו נגזר. בשני המקרים, הר.נ.א שליח מתורגם לחלבון משובש לחלוטין שאינו מבצע את תפקידו כראוי, ולכן מעורב ביצירת מחלה.

החוקרים סבורים שהתגלית עשויה לקדם משמעותית שיטות חדשניות של טיפולים גנטיים-מולקולריים לסרטן ולמחלות גנטיות, לייעל ולהאיץ פיתוח של תרופות בטכנולוגיה הקרויה "תרפיה בעזרת מולקולת אנטי-סנס" (antisense therapy) שנועדה לתקן מוטציות על ידי חסימת אזורים משובשים בחומר הגנטי, בפרט בר.נ.א השליח (mRNA). שיטה זו כבר קצרה הצלחות חשובות, לדוגמה בטיפול במחלה הגנטית SMA שגורמת לניוון שרירים עד כדי שיתוק. כיום תהליך הפיתוח עבור כל מחלה בנפרד הוא ארוך ומורכב, והתגלית החדשה עשויה להאיץ אותו משמעותית.

נושאים קשורים:  דנא,  mRNA,  פרופ' גיל אסט,  גנטיקה,  אוניברסיטת תל אביב,  חדשות,  מחקר
תגובות