מהירות החיים: גן חיות של תאים לחקר זמן התפתחות

פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


בבני אדם, הריון נמשך בסביבות תשעה חודשים. בעכברים, רק 20 יום, ובקרנפים, עד 17 חודשים. למרות שמיני יונקים רבים עוברים את אותם שלבים במהלך התפתחות העובר, מהירות ההתפתחות שונה באופן מהותי בין בעלי חיים. דוגמה נוספת לאירוע השונה בזמן בין המינים היא היווצרות ציר גוף החולייתנים, עמוד השדרה. היווצרות מקטעי הגוף שיולידו את החוליות והצלעות, הנקראים סומיטים, נשלטת על ידי מנגנון שנקרא שעון סגמנטציה. שעון הפילוח הוא קבוצה של גנים שמתנדנדת. כל תנודה שולטת ביצירת זוג סומיטים. תדירות התנודות שונה בין המינים, ואורכת פי שניים עד שלוש בבני אדם בהשוואה לעכברים.

פרסומת

שעון הפילוח הוא מערכת נוחה לחקור הבדלים במינים, וקבוצת Ebisuya חוקרת אותו במשך זמן רב, וחושפת לאחרונה שההבדלים במהירויות תגובה ביוכימיות אחראים להבדלים בשעוני העכבר והאדם. עם זאת, כדי לקבוע אם זהו עיקרון כללי של התפתחות, החוקרים נדרשו להרחיב את המינים שנחקרו, שעד כה היו מוגבלים יחסית לאדם ולעכבר.

כעת, חוקרים מקבוצת Ebisuya שחזרו במעבדה את שעון הפילוח של ארבעה מיני יונקים חדשים, בנוסף לעכבר ואדם: מרמוסט, ארנב, בקר וקרנף. עבודה זו נעשתה בשיתוף פעולה עם קבוצות מחקר המבוססות באירופה, יפן וארצות הברית.

מהו גן חיות של תאי גזע?

גן חיות של תאי גזע הוא כמו ספרייה של תאי גזע מכמה מינים כדי ללמוד ולהשוות אירועים התפתחותיים שונים. קבוצת שיתוף הפעולה אספה תאי גזע עובריים ויצרה תאי גזע פלוריפוטנטיים מרמוסט, ארנב, בקר וקרנף, שהוסיפו לספרייה הקיימת ממילא של בני אדם ועכברים. דגימה מגוונת זו של מינים היא חסרת תקדים למחקרי התפתחות, ומטרתה להוות פלטפורמה להשוואה של תהליכי התפתחות.

"רצינו ליצור פלטפורמה של תאים מכמה מיני יונקים כדי לחקור מדוע זמן ההתפתחות שלהם שונה. רצינו לקבל מגוון רחב ככל האפשר, אז בחרנו מינים עם משקל גוף המשתרע בין 50 גרם ל-2 טון, אורכי הריון. מ-20 יום עד 17 חודשים, ושלוש היסטוריות או פילוגניות אבולוציוניות שונות: פרימטים (אדם ומרמוסה), גלירים (עכבר וארנב) ו-Ungulates (בקר וקרנף)." אמר חורחה לאזארו, קדם-דוקטורנט בקבוצת Ebisuya והמחבר הראשון של המאמר.

הקבוצה התמקדה בחקר ההבדלים בשעון הפילוח של ארבעת המינים החדשים. הם יישמו פרוטוקולים ניסויים כדי להבדיל בין תאי הגזע הפלוריפוטנטיים העובריים והמושרה לתאים דמויי מזודרם פרה-סומיטיים, התאים שיולידו את עמוד השדרה, הצלעות ושרירי השלד.

"גן החיות של תאי הגזע שלנו משמש כפלטפורמה אידיאלית לחקור את הסיבה להבדלים בין המינים בתקופת שעון הפילוח, כמו גם לקבוע אם יש קשר כללי בין קצב הפילוח לבין מאפייני האורגניזם". אמר מיקי אביסויה, ראש קבוצה ב-EMBL ברצלונה ובאשכול המצוינות של פיזיקת החיים, TU דרזדן.

מתאם שעון הפילוח

אורך ההיריון, כמו גם פרמטרים גופניים רבים אחרים ידועים בקנה מידה עם משקל גוף החיה. מינים גדולים יותר נוטים להיות בעלי תקופת הריון ארוכה יותר. לפיכך, הקבוצה שיערה שההבדלים בשעון הפילוח יכולים להיות קשורים למשקל הגוף. עם זאת, באופן מפתיע הם לא מצאו מתאם בין משקל הגוף הממוצע של כל אחד מהמינים לבין תקופת שעון הפילוח שלו. באופן דומה, אורך ההיריון לא היה בקורלציה עם תקופת שעון הפילוח.

במקום זאת, הקבוצה מצאה שתקופת שעון הפילוח הייתה בקורלציה גבוהה עם משך העובר. Embryogenesis הוא הזמן שבין ההפריה ועד לסיום האורגנוגזה, כאשר כל האיברים נוצרים בעובר. פירוש הדבר יכול להיות ששעון הפילוח יכול לשמש כמערכת טובה להבין כיצד זמן התפתחות עוברי כללי נקבע על פני מינים.

יתר על כן, הקבוצה מצאה ששלושת ההיסטוריות האבולוציוניות השונות – פרימטים, גלירים ו-Ungulates – התכתבו עם תקופות שעון פילוח איטיות, מהירות ובינוניות בהתאמה, מה שמצביע על קשר בין קצב התפתחות וקבוצות אבולוציוניות.

במחקרים קודמים, קבוצת Ebisuya כבר מצאה שמהירות התגובה הביוכימית משתלמת עם תקופת שעון הפילוח. עם זאת, מחקרים אלה התמקדו בעכברים ובבני אדם. הקבוצה הרחיבה כעת את המינים הנבדקים ואישרה כי ארבעת היונקים החדשים מראים גם הבדלים במהירויות התגובות הביוכימיות, המתואמים היטב עם תקופת שעון הפילוח. זה מצביע על כך ששינויים בשיעורים הביוכימיים עשויים להיות מנגנון כללי לשלוט בקצב ההתפתחות.

יתרה מכך, הם מצאו שגנים הקשורים לתהליכים ביוכימיים מראים דפוס ביטוי המתאם עם תקופת שעון הפילוח, מה שמספק רמז קונקרטי למנגנון מולקולרי פוטנציאלי העומד בבסיס ההבדלים במהירויות ההתפתחות בין המינים.

"המטרה שלנו היא להמשיך ולהוסיף מינים בגן החיות של תאי הגזע שלנו", אמר אביסויה. "אם אנחנו רוצים לאשר אם ממצאי המחקר שלנו יכולים להוות עיקרון אוניברסלי של התפתחות יונקים, אנחנו צריכים להרחיב את גן החיות ולכלול מגוון רחב יותר של מינים ופילוגניות."

במחקר הנוכחי שפורסם ב-Cell Stem Cell, הקבוצה התמקדה בשעון הפילוח, אך גישת גן החיות של תאי הגזע פותחת את האפשרות לחקור זמנים ביולוגיים אחרים כמו קצב הלב או תוחלת החיים. ככל שהחוקרים יודעים יותר כיצד זמן ביולוגי עובד, כך הם עשויים להיות מסוגלים לשלוט בו. למשל, בתחום האורגנואידים, אם אפשר היה להאיץ את הזמן הנדרש לפיתוח אורגנואידים, זה יכול לזרז את לימודי הרפואה הרגנרטיבית.

"היבט נוסף שאני מאוד אוהב בגן החיות של תאי גזע הוא האפשרות ללמוד ממינים שונים מחוץ לאדם ולעכבר", אמר לאזארו. "לבעלי חיים רבים יש תכונות מיוחדות שהופכות אותם למעניינים לחקור, אבל בגלל סיבות מעשיות או אתיות אין לנו גישה אליהם במעבדה. תכונות כמו למשל גודל של קרנף, או צוואר ארוך של ג'ירפות. מי יודע, אולי בפרויקט הבא שלנו נוכל להשתמש בתאי גזע כדי לנסות להבין איך ג'ירפות מפתחות את הצוואר הארוך שלהן – וסומיטים ארוכים יותר!"



קישור לכתבת המקור – 2023-06-20 18:38:15

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר