חוקרים עקבו אחרי פעילות גן בודד בתא חי

מדענים מאוניברסיטת בר בר-אילן השיגו פריצת דרך ביכולת לצפות בפעילותו של גן בודד (אלל) בתוך תא חי. כך על פי פרסום בכתב העת Nature Methods של המחקר בגרסה המקוונת שלו.

 במחקר מפרסמים חוקרים מהפקולטה למדעי החיים, מהמחלקה לפיסיקה ומהמכון לננוטכנולוגיה את השיטה שפיתחו. הגן שאחריו עקבו המדענים הוא גן בקרה שכאשר פעילות השיעתוק שהוא מבצע משתבשת התא הופך לסרטני, ובכך הם רכשו תובנות חדשות על תהליכים הקשורים לשיבוש הבקרה בתאים סרטניים.

“זו הפעם הראשונה שניתן היה לראות פעילות של גן בודד בתוך תאים אנושיים בזמן אמת ולעקוב אחריו לאורך זמן רב. מתוך המעקב אחר תהליך השיעתוק של ההוראות מהגנום ל-RNA לצורך יצירת החלבון שעליו אחראי אותו גן, ניתן יהיה להבין את מנגנון הבקרה על הגנים.” אומר ד”ר שב-טל.

המחקר בוצע ע”י הדוקטרנטית שרון יונגר במעבדתו של ד”ר ירון שב-טל מהפקולטה למדעי החיים, ובשיתוף עם ד”ר יובל גרעיני והדוקטרנטית ליאת אלטמן במחלקה לפיסיקה בבר-אילן. המדענים משתייכים גם למרכז לננוטכנולוגיה באוניברסיטה.

 לדברי ד”ר שב-טל, כדי לצפות בפעילות גן – האם הוא “נדלק” או “נכבה”, כלומר מייצר את ה- RNA שהוא אחראי עליו או לא, יש צורך להצמיד לתוצרי הגן סמן פלורסצנטי. התאים שבהם נעשים ניסויים אלה הם תאים שיוצרו על ידי חברה מסחרית שדאגה שבגנום שלהם יהיה מקום שיקלוט גנים שנכנסים מבחוץ. המדענים צריכים “לירות” את הגנים המבוקשים אל תוך התאים הללו, כשאליהם מצורף הסמן שיאפשר לזהות את מולקולות ה-RNA במיקרוסקופ פלורוסנטי, וכך ניתן יהיה לעקוב אחר פעילותם בתוך התא. הבעיה בשיטה הקיימת עד כה היתה שהגן היה נכנס לאתר המטרה בתוך התא לא כעותק בודד אלא במאות עותקים, ורק אז היה ניתן לצפות בפעילות, אך זו אינה בהכרח הפעילות הטבעית המתרחשת בתא נורמלי, שכן גנים מצויים בגנום כעותקים בודדים.

Nature Methods : מדעני בר-אילן הצליחו לעקוב אחר פעילות גן בודד בתא חי בזמן אמת

שיתוף הפעולה בין שתי הקבוצות – ממדעי החיים ומפיסיקה איפשר לפתח את השיטה שמאפשרת לצפות בגן עצמו במצבו הפעיל ובכל מולקולות ה-R.N.A רנ”א הנוצרות ממנו. הצפיה בגן הבודד מאפשרת למדענים להבחין בפרטים עדינים כגון מתי הגן פעיל ומתי הוא כבוי מבלי שעוד מאות עותקים שלו ישבשו את הצפיה. כן מתאפשר לכמת את מספר מולקולות ה-RNA הנוצרות בתהליך, בשעה שכאשר מאות עותקים של הגן פעילים, אין לדעת כמה מהם יוצרו על ידי גן בודד.

אבל המדענים לא הסתפקו רק בפיתוח השיטה והם ביקשו להפיק תועלת מדעית גם מבדיקתה על גן חשוב. לפיכך הם בחנו את התנהגות הגן ציקלין D1, שתפקידו לבקר את מהלך מחזור התא. בתאים סרטניים רבים ובהם סרטן השד הנפוץ, איבד גן זה את הבקרה שלו והוא פועל ללא הפסקה במקום שיופעל ויופסק בעת הצורך בידי גנים אחרים המבקרים אותו.

המדענים החדירו לתאים חיים שנלקחו מאדם שתי גרסאות של הגן. גרסה אחת תקינה כלומר שבה ה”מתג” של הגן (הרכיב בגן הגורם להפעלה או כיבוי הגן) תקין והשניה שבה הוחלף המתג המקורי במתג של גן ויראלי, שדואג לבטא את עצמו כל הזמן, ובכך הוא למעשה מתפקד כמו גן ציקלין D1 בתא סרטני. המדענים צפו בפעילות הגן בשני סוגי התאים. מהתצפיות התברר כי בעוד בתא נורמלי הגן פועל או כבה לחילופין, בתא הסרטני הגן מייצר כל הזמן את ה-RNA בכמויות גבוהות. המדענים מצאו כי הסיבה לכך נעוצה בכך שהמתג הויראלי מגייס בתדירות גבוהה את האנזים R.N.A polymerase שמייצר את מולקולות ה-RNA. לעומת זאת במצב הנורמלי המתג של הגן מבקר את מספר האנזימים שיכולים לעלות על הגן וליצור RNA. אם כן, במצב של ביטוי יתר של ה-RNA, יש גם ביטוי יתר של החלבון וכך משתבשים תהליכים נוספים בתא בתגובת שרשרת.

ולעיתים במדע יש גם בונוסים לא צפויים. שב-טל ואנשי צוותו הבחינו כי הגנים הללו פעילים גם בשלב של שכפול ה-DNA לפני חלוקת התא. בחלק מהתאים, אלו שנמצאו בשלב שלפני החלוקה נמצאו שני עותקים של הגן. שב-טל ואנשי צוותו התעניינו בשאלה האם בשלב זה כל אחד מהגנים מייצר את כמות ה-R.N.A הקבועה שלו ואז יש למעשה בתא כמות כפולה של החומר. מסתבר שלא. כל עותק של הגן בשלב זה מייצר את מחצית כמות הRNA- הרגילה שלו וכך שניהם ביחד יוצרים את הכמות הקבועה. במילים אחרות, החוקרים הצליחו לקבל תובנה בסיסית חדשה על תהליך השעתוק רגע לפני חלוקת התא.

לדברי ד”ר שב-טל, באמצעות שיטה חדשה זו ניתן יהיה בעתיד לבדוק ברזולוציה גבוהה את תהליכי הבקרה הקיימים בגנים שונים ולהבין את חשיבותם של אזורי הבקרה בגן במצבי מחלה שונים.


דילוג לתוכן