חלבוני נמטודות שופכים אור על אי פוריות

פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


יש לנו שני עותקים של כל כרומוזום בכל תא בגופנו למעט בתאי הרבייה שלנו. תאי זרע וביצית מכילים עותק בודד של כל כרומוזום עם תערובת ייחודית של גנים מהורינו, טריק אבולוציוני להעניק לצאצאינו שונות גנטית. הזרע והביצית נוצרים במהלך המיוזה, התהליך שבו תאים עם שני עותקי כרומוזומים מפחיתים את מספר הכרומוזומים שלהם לאחד. כדי שהמיוזה תעבוד, שני הכרומוזומים חייבים להתיישר בצורה מושלמת ולהחליף את הכמות הנכונה של מידע גנטי. כל סטייה מסכנת את הפוריות.

פרסומת

היכנסו לקומפלקס הסינפטונמלי (SC), מבנה חלבוני דמוי רוכסן שמיישר קו ומעגן את שני הכרומוזומים ההוריים יחדיו, מקצה לקצה, כדי להקל על חילופים גנטיים מוצלחים. אי הסדרת חילוף זה מהווה גורם מוביל לאי פוריות הקשורה לגיל בבני אדם ועלול לפגוע בפוריות על פני עץ החיים. בני אדם, פטריות, צמחים, תולעים וכל דבר שמתרבה מינית משתמש ב-SC כדי ליצור תאי רבייה, המכונים גמטות. למרות חשיבותו, איננו מבינים כיצד חלבונים בתוך ה-SC מווסתים אינטראקציות כרומוזומליות מכיוון שהתהליך הרב-שלבי הזה מתרחש באיברים פנימיים ואי אפשר היה ליצור מחדש במעבדה.

במחקר חדש, ביולוגים מאוניברסיטת יוטה פיתחו שיטה להארת האינטראקציות המורכבות של ה-SC בנמטודה סי elegans. המחברים זיהו שלישיה של מקטעי חלבון המנחים אינטראקציות כרומוזומליות, וציינו את המיקום שבו הם מקיימים אינטראקציה זה עם זה. השיטה החדשנית שלהם משתמשת בטכניקה המכונה בדיקת מדכא גנטי, שיכולה לשמש תוכנית למחקר על מכלולים תאיים גדולים המתנגדים לניתוח מבני מסורתי.

"זוהי דרך להינעל על מערכות בתאים שהן 'רפיות' מכדי להשתמש בשיטות שמסתמכות על התגבשות", אמר עופר רוג, פרופסור חבר לביולוגיה באוניברסיטה ומחבר בכיר של המחקר. "הרבה מהאינטראקציות בתאים קשורות זה לזה באופן רופף. הבעיה היא שאי אפשר להסתכל על זה תחת מיקרוסקופ אלקטרונים כי שום דבר לא יציב מספיק – הכל זז כל הזמן. הגישה שלנו מאפשרת לך ללמוד אפילו את האינטראקציות ש חלשים יחסית או חולפים".

המחקר פורסם ב-6 בדצמבר 2023 בכתב העת הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים (PNAS).

הציפורים והדבורים… והנמטודות

בואו נחפור במיוזה. כרומוזומים הם מבנים דמויי חוט העשויים מ-DNA הנושאים מידע גנטי כאשר תאים מתחלקים ומדור לדור. לתאים רגילים יש מספר מסוים של כרומוזומים; לבני אדם יש 46 ו סי elegans יש 12. כרומוזומים מגיעים בזוגות הנקראים כרומוזומים הומולוגיים הנושאים את הגנים שירשנו מכל אחד מההורים שלנו – אחד מאמא שלנו, אחד מאבא שלנו. כאשר המיוזה מתחילה, הכרומוזומים ההומולוגיים מסדרים את עצמם למבנים מוארכים המאורגנים לאורך עמוד שדרה הנקרא הציר. הצירים של זוגות הומולוגיים מיושרים זה לזה לאורך ובמקביל נוצר הקומפלקס הסינפטונלי (SC) בין הצירים המקבילים. לזוגות ההומולוגיים יש גנים תואמים המסודרים באותו סדר, עם וריאציות קטנות בתוך הגנים – אלו הן הווריאציות שהופכות כל פרט לייחודי.

"אתה יכול לחשוב על זה כמו רוכסן," הסביר רוג. "הצירים של הכרומוזומים הם כמו שני הצדדים של החולצה שלך. הקומפלקס הסינפטונלי דומה לשיניים של הרוכסנים שננעלים זה בזה ויכולים למשוך וליישר את שני הצדדים של החולצה בצורה נכונה".

המדען ידע בעבר כי SC של סי elegans נוצר בין הומולוגים, אבל הביולוגים של U הם הראשונים לאתר את המיקום המדויק שבו ה-SC מקיים אינטראקציה עם עצמו כדי להקל על חילופים גנטיים.

"כשאתה מחליף מידע בין הכרומוזומים, אתה רוצה לוודא שבסוף עדיין יש לך שני כרומוזומים שלמים", אמר רוג. "הדרך שבה התא עושה זאת היא ששני הכרומוזומים מיושרים בצורה מושלמת. לכן, כשאתה מחליף מקטעים ביניהם, אתה לא מאבד שום מידע בתהליך.

כיצד לנתח מבנים רופפים-גוזים

החוקרים גידלו 50,000 נמטודות שהיו להן פגמים רגישים לטמפרטורה ב-SC. בטמפרטורות גבוהות, התולעים לא הצליחו ליצור את רוכסן החלבון SC הדרוש כדי לחבר את הכרומוזומים יחד. ללא הרוכסן, חילופי הגנים במהלך המיוזה לא התרחשו כלל או שלא התרחשו במספר הנכון. ליסה קורסל, חוקרת פוסט-דוקטורט ומחברת ראשית של המחקר ניהלה את הניסויים.

"גידלנו את התולעים בטמפרטורה המתירנית והקרירה יותר, ואז חשפנו אותן לחומר כימי שגרם למיליוני מוטציות לאורך הכרומוזומים שלהן וצפינו כדי לראות אם כל אחת מהתולעים שעברו מוטציה יכולה להתרבות בטמפרטורה החמה יותר", אמר קורסל. המוטציות המושרה כימית שתיקנו את אי הפוריות של הנמטודה ידועות כמוטציות מדכאות. "אז נדע אם המוטציות המדכאות החזירו את הפוריות שלהן."

כדי לזהות את החיות עם מוטציות שהפכו אותן לפוריות שוב, החוקרים שמו את הנמטודות על צלחות אגר מלאות בחיידקים טעימים. צלחות האגר שהיו להן נמטודות פוריות התרוקנו במהרה כשהצאצאים שלהן אכלו את האוכל. צלחות האגר עם תולעים סטריליות מתו לפני שהספיקו לנקות את הצלחת שלהן, מה שאפשר לחיידקים לפרוח.

ברגע שהיו להם נמטודות פוריות, הם יכלו לבדוק אם המוטציה "סידרה" את רוכסן החלבון. לאחר מכן הם בדקו כל זוג בסיסים בודדים ב-DNA – 100 מיליון זוגות בסיסים – וזיהו אילו מוטציות החזירו את יכולת התולעים להתרבות. הם גילו שכל המוטציות המועילות התרחשו בקטעים קצרים של שלושה חלבונים, SYP-1, SYP-3, SYP-4. יתר על כן, המוטציות נשאו חתימות ברורות של אינטראקציה. לדוגמה, בעוד שהמוטציות המקוריות שינו את המטען החשמלי מחובי לשלילי, המוטציות המועילות הפכו את המטען לאחור.

"זו הייתה אינדיקציה חזקה לכך ש-SYP-1, SYP-3 ו-SYP-4 מתקשרים זה עם זה כמו מגנטים, עם אזורים חיוביים ושליליים נמשכים זה לזה", אמר רוג. אינטראקציות "דביקות" כאלה יכולות גם לעזור לקשור את הכרומוזומים יחד.

ישו אגואיו מרטינז, בכיר בביולוגיה ומחבר שותף במחקר, בחן את התנהגות המוטציה המדכאת בנמטודות ללא המוטציה המקורית המשבשת SC.

"חשבנו שמכיוון שהמוטציה המקורית לבדה יצרה פגם בפוריות, אז לנמטודות עם המוטציה המדכאת לבדה יהיה גם פגם בפוריות. זה לא היה המקרה", אמר אגואיו מרטינז. "למרבה ההפתעה, תולעים נורמליות ותולעים עם המוטציות המדכאות בלבד יצרו מספר דומה של צאצאים."

הצעדים הבאים

חשיפת תפקידו של SC במיוזה עשויה לעזור להבין טוב יותר את הפוריות בבני אדם. ל-SC יש תפקיד דומה בכל האיקריוטים, מנמטודות לפטריות ועד צמחים לבני אדם. מחקרים קודמים של מעבדת Rog ב-U הראו שהמבנה עצמו נראה זהה ופועל באופן דומה להכנסת כרומוזומים הוריים כדי להקל על החלפות. עם זאת, הרצפים בפועל של מרכיבי החלבון שונים בין אורגניזמים. דפוס כזה הוא יוצא דופן: רוב המבנים התאיים הנושאים פונקציות חיוניות ובסיסיות כמו חלוקת תאים, שכפול גנום או מטבוליזם נשמרים מאוד, ולמעשה ניתנים להחלפה בין אורגניזמים שונים.

"שאלה שאנחנו חושבים עליה הרבה היא מה מיוחד ב-SC? למה הוא יכול לעשות את אותו הדבר ולהיראות באותה צורה, אבל מורכב מאבני בניין שונות?" שאל רוג.

קורסל, אגואיו מרטינז, רוג וחברים אחרים במעבדה מבצעים ניתוח נוסף על האבולוציה של ה-SC על פני מינים, ושל מבנים תאיים אחרים שמתריסים לחוכמת האבולוציה הנפוצה.

עבודה זו מומנה על ידי מענק R35GM128804 מהמכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית. קורסל נתמך על ידי מענק ההכשרה לביולוגיה התפתחותית מהמכון הלאומי האמריקאי לבריאות הילד והתפתחות האדם, ואגואיו מרטינז נתמך על ידי פרס חוקר ביולוגיה של אוניברסיטת יוטה.



קישור לכתבת המקור – 2024-01-04 07:28:08

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר