איך תאי גופנו מדברים אחד עם השני ?

איך התאים והחלבונים בגופנו מתקשרים אחד עם השני וכיצד זה יכול לסייע בפיתוח תרופות טובות יותר ?

כיצד חלבונים בגופנו מתקשרים זה עם זה ? כיצד הבנה של התקשורת בין חלבונים בתא כחלק משרשראות של תקשורת תאית משליכה על פיתוח תרופות עם הרבה פחות תופעות לוואי עבור מחלות שונות? מחקר חדש שנערך על ידי מדענים מהחוג לביולוגיה של האדם באוניברסיטת חיפה פענח את הקוד המולקולרי שמאפשר לחלבונים לתקשר באופן ספציפי עם חלבונים אחרים.

מהו תהליך של תקשורת תאית ? תהליך תקשורת תאית הינו תהליך שבמהלכו חלבון אחד, או קבוצה של חלבונים, נקשרים לחלבונים אחרים אשר נמצאים בתוך התא ובאופן זה מפעילים רשת תקשורת תוך תאית. רשתות תקשורת תוך תאית שולטות בתהליכים מגוונים בגוף כמו תהליכי בקרה הורמונלית,  חישה, פעילות עצבית ועוד. תקלות בתקשורת התאית מובילה למחלות קשות. למשל במחלת הסרטן, “תקלה” בתקשורת התאית גורמת לתאים “לאבד” את השליטה על קצב החלוקה והמוות הטבעי, ולהתחלק ללא הפסקה.

אחת המשמעויות של גילוי זה לגבי אופי התקשורת הפרטנית עם חלבון בודד היא הרחבת האפשרויות לפתח תרופות המתאפיינות בפחות תופעות לוואי במגוון מחלות וביניהן מחלות לב או מחלת הסרטן. מר לדברי הדוקטור מיקי קוזלוב מהחוג לביולוגיה של האדם של אוניברסיטת חיפה, אשר הוביל את המחקר “אחת מהבעיות בפיתוח תרופות היא שתרופה מפעילה לא רק את התהליך הרצוי, אלא מפעילה גם תהליכים נוספים שלא רצינו להפעיל, ובכך הנזק גדול מהתועלת. הממצא במחקרנו משפר את היכולת שלנו למצוא בעתיד את הדרך להפעיל בכל פעם אך ורק את החלבונים הספציפיים ואת המנגנון המסויים שאנחנו רוצים”.

חלבוני G וחלבוני RGS הם חלבונים שנוטלים חלק נכבד במנגנוני התקשורת הבין-תאית באזורים רבים בגוף ולכן חלבונים אלה משמשים מודל טוב לפענוח הבסיס המולקולרי לתקשורת תאית בכלל, ובפרט לפענוח הקוד הקובע את ההידברות בין חלבונים באופן ספציפי.  חלבוני G הינם מתגים מולקולאריים: כשהתא נחשף לגירוי אשר מפעיל את התקשורת התאית, חלבוני ה-G הם אלה אשר מפעילים את שרשרת הפעולות שבאה אחריהם. תפקידם של חלבוני ה-RGS הוא לכבות מתגים מולקולאריים אלה ולבלום הפעלה חזקה מדי או ארוכה מדי של רשתות התקשורת בתא.

בגוף האדם ישנם סוגים רבים של חלבוני G כשלעיתים יש הבדלים קטנים מאוד בין חלבון לחלבון. כשרוב חלבוני ה-RGS מופעלים הם מכבים במקביל מספר רב של חלבוני G, כלומר: הם לא יודעים להבחין בין הסוגים השונים של חלבוני G. יחד עם זאת, יש מספר קטן של חלבוני RGS שמסוגלים להבחין בין הסוגים השונים ויודעים לכבות חלבון G ספציפי, בלי לכבות חלבוני G שונים סמוכים.

במחקר הנוכחי השופך אור כיצד יודעים התאים לדבר באופן ספציפי זה עם זה הצליחו ד”ר קוזלוב, יחד עם תלמידי המחקר רן ישראלי ועלי עסלי  והדוקטור מירב אביטל-שחם, לפענח איך פועלים חלבוני ה-RGS הללו באופן מדויק. לצורך זה התמקדו המדענים בפעילות של החלבונים RGS6 ו-RGS7 – שיודעים להבחין בין החלבון Gαi והחלבון Gαo. חלבוני G אלה נפוצים ברגולציה של תקשורת תאית בלב ובמוח ונקשרו במחקרים קודמים לחרדה ודיכאון, בעיות בקצב הלב ועוד.

המדענים גילו שבקרב חלבוני RGS “רגילים” פועלת קבוצה אחת של חלבוני אמינו שאחראית על חיזוק הקשר התאי, ואילו בקרב חלבוני ה-RGS “המדויקים” פעילה קבוצה נוספת של חומצות אמינו אותה גילתה המעבדה של ד”ר קוזלוב במחקרים קודמים, שדווקא מחלישה את הקשר התאי. לעומת זאת, במחקר הנוכחי נמצאה קבוצה שלישית של חומצות אמינו שפעילה רק בקרב החלבונים “המדויקים”. כך שבקרב קבוצה זו של חלבונים, ובשונה מחלבוני ה-RGS “הרגילים”, פועלות 3 קבוצות חומצות אמינו. במחקר זה המדענים גם פענחו מהו היחס המדוייק בין קבוצות חומצות אמינו אלו שמבדילות בין יכולות הדיוק של RGS6 ו-RGS7 ליתר חלבוני ה-RGS “המדויקים”.

לדבריו של ד”ר קוזלוב, הבנת תהליך התקשורת התאית היא לא רק מפתח להבנת הפעילות וה”תקלות” בגוף האנושי אלא גם בעלת משמעות מרחיקת לכת לתעשיית התרופות. זאת מכיוון שכשליש מהתרופות הקיימות כיום בשוק מתערבות בתהליך התקשורת התאית המתווכת על ידי חלבוני ה-G. “למעשה, למעלה מ-90% מהתרופות שנכנסות לתהליך של פיתוח עבור חולים נפסלות בגלל תופעות לוואי קשות מדי. כלומר, אין לנו את הכלים לפתח מראש תרופה שתדע להפעיל חלבונים ספציפיים ולכן אולי הפעלנו את המנגנון התאי שרצינו, אבל גם שורה של מנגנונים נוספים שלא רצינו שיופעלו. בזכות המחקר הנוכחי עשינו צעד נוסף בהבנה כיצד להפעיל אך ורק את המנגנון שאותו אנחנו רוצים להפעיל וכך כמובן נדע לפתח תרופות עם פחות ופחות תופעות לוואי”, סיכם ד”ר קוזלוב. ממצאי המחקר ראו אור בכתב העת המדעי היוקרתי בנושא ביולוגיה מולקולרית Journal Of Molecular Biology