ראשי » דם טבורי - גנטיקה, הריון ולידה, כתבות-מרכזיות-ראשי » להתבונן בהתפתחות תאי עובר

להתבונן בהתפתחות תאי עובר

בדרך לפתרון התעלומה: איך מתוך תאים זהים, נוצר מגוון של מאות סוגי תאים המרכיבים ביחד את היצור החי?

כיצד הופכים תאים זהים בתהליך ההתמיינות לתאים הממלאים פונקציות שונות לחלוטין? מדענים ישראלים ממכון ויצמן ומהמכון הטכנולוגי במסצ’וסטס MIT, פענחו טפח נוסף בדרך לפענוח החידה בעזרת פיתוח שיטה המאפשרת התבוננות חסרת תקדים בהתמיינות תאי הגזע העובריים, וגילו כי התאים הזהים לכאורה מתחילים להשתנות מוקדם מכפי שחשבו עד כה.

התחלקות תאית. מקור: ויקיפדיה. מאת: NIH

התחלקות תאית. מקור: ויקיפדיה. מאת: NIH

חלוקת גרעין התא – תהליך מיטוזה הינה תהליך במחזור חייו של תא שבו גרעין התא מתחלק לשני גרעינים, כלומר תהליך בו מתא אחד נוצרים שני תאים. בסופו של תהליך המיטוזה נמצאים בכל תא מספר של כרומוזומים זהה למספר הכרומוזומים שהיו בגרעין התא לפני שהוא התחלק.

במחקר שנערך ב-MIT ובמכון ויצמן למדע, חקרו הפרופסור רודולף ייאניש מMIT, הדוקטור יונתן שטלצר, עם תלמידת המחקר יואלין סונג, ממעבדתו של ייאניש, את השינוי האפיגנטי המכונה מתילציה שהינה תוספת תג כימי של קבוצת מתיל. כאשר הבלסטוציסט, כדור זעיר המכיל רק כ-100 תאים, נקלט ברחם, הגנום שלו עובר מתילציה דרסטית. מתילציה משמשת בעיקר כאמצעי להשתקת גנים, אך באזורים מסוימים על-פני DNA, המתילציה ככל הנראה משמשת פחות כמתג כיבוי ויותר כ”וסת” המבקר את רמת הביטוי של גנים מסוימים. מחקרים הראו שרבים מאזורים אלה פועלים כ”אזורי בקרה” – מקטעי די-אן-אי המשפיעים מרחוק על גנים אחרים – וכי אזורי בקרה אלה הם ייעודיים לגנים של סוגי תאים או רקמות מסוימים.

אחת מהחידות המשמעותיות של היווצרות החיים: כדור תאים זעיר נקלט ברחם, ובאופן פלאי, התאים הזהים זה לזה אשר מרכיבים את הכדור, מתחילים להתמיין, וכל אחד מהם פונה למלא פונקציה אחרת. איך מ”רשימת מרכיבים” זהה, נוצר מגוון של מאות סוגי תאים המרכיבים ביחד את היצור החי? מדעני מכון ויצמן למדע ושותפיהם למחקר התקרבו צעד נוסף לפתרון החידה בעזרת פיתוח שיטה ייחודית המאפשרת התבוננות בהתמיינות תאי הגזע העובריים. המדענים גילו שהתאים הזהים לכאורה מתחילים להשתנות מוקדם מכפי שחשבו עד כה.

בגופנו ישנם תאים רבים. כל אחד מהם כולל את אותו סט גנים – הגנום. יחד עם זאת כל השינויים שלא כרוכים בשינוי ברצף הדי-אן-אי עצמו, אך מווסתים את פעילות התא – משתנה מתא לתא. שינוים אלה מכונים אפיגנטיקה. לדברי הדוקטור יונתן שטלצר מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון ויצמן “לשינויים אפיגנטיים השפעה מכרעת במיוחד בהתפתחות העוברית, משום שבמהלכה יש צורך בהפעלה ובהשתקה לסירוגין של גנים רבים. המחקר הבתר-דוקטוריאלי של הדוקטור שטלצר, אשר ראה אור בכתב העת Molecular Cell, והתבצע במעבדה של פרופ’ רודולף ייאניש מהמכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס (MIT), פיתח ד”ר שטלצר, באמצעות שילוב של כמה טכניקות מתקדמות, שיטה חדשה למעקב אחר פעילות אפיגנטית בזמן אמת ברמת התא בודד. “כבר שנים שיש ברשותנו גנים ‘מדווחים’ – רצפי די-אן-אי אשר מקודדים חלבונים זוהרים – המאפשרים לנו לעקוב אחר ביטוי הגנים בתא”, הוא מספר, “אך עד כה, לא היו ברשותנו כלים דומים לחקר שינויים אפיגנטיים. בשיטה החדשה, אנו מקבלים למעשה ‘מדווח’ שניתן להחדיר לגנום על-מנת לחשוף את האפיגנטיקה שלו, וכך לראות שינויים אלה – גם הזעירים שבהם – ברמת התא הבודד”.

“הופתענו לגלות כי גם כשהבלסטוציסט רק מתחיל להיקלט ברחם – שלב שבו הנחנו שלתאי הגזע העובריים יש את מלוא הפוטנציאל שלהם – חלק מהאפשרויות של התאים כבר מתחילות להיחסם”. על מנת לפענח את מנגנון הפעולה של אזורי בקרה אלה בתחילת ההתפתחות העוברית, הכניסו המדענים את המדווחים החדשים שפיתחו לשני אתרי בקרה שונים בבלסטוציסט של עכבר וצפו בתהליך המתילציה. המדענים הופתעו לגלות שתגי המתיל שהוצמדו לDNA , הוסרו לאחר זמן קצר על-ידי חלבונים, ובהמשך התחברו אליו שוב. מערכת הדיווח הגנטית איפשרה לחוקרים לצפות לפרטי-פרטים בהשפעות של שינויים אלה באזורי הבקרה, והם גילו שהסרת התגיות קידמה אינטראקציות מרחביות בין אזורי הבקרה לבין הגנים “המבוקרים”.

בDNA שלנו לכל אחד מהגנים ישנו עותק אחד מכל הורה. המדענים גילו שקשרי הגומלין בין תגי המתיל לכל אחד משני העותקים של הגן לא מסונכרנים, והתוצאה של פעילות אקראית לכאורה זו היא רמת ביטוי שונה מתא לתא: בחלקם עותק אחד הושתק, באחרים הושתקו שניהם, ולעתים אף אחד מהם. המדענים מניחים שהמצב האפיגנטי הייחודי של אזורי בקרה אלה – המוביל להבדלים נוספים בביטוי הגנים המבוקרים – מייעד את התא לגורל מסוים כבר בשלב ראשוני זה, כשכל התאים עדיין נראים זהים.

“כל תהליך המתילציה והדה-מתילציה באתר הבקרה, וההתמיינות שבאה בעקבותיו, התבררו כמורכבים ביותר. כעת נוכל להתחיל לצרף את הפרטים הקטנים של תהליכי ההחלטה בתא במהלך הימים והשבועות הראשונים של ההתפתחות העוברית על-מנת להבין כיצד הפוטנציאל של תא גזע עוברי – כזה שיכול להתמיין לתא מכל סוג – מצטמצם, בסופו של דבר, לגורל מסוים”, אומר ד”ר שטלצר. “הופתענו לגלות כי גם כשהבלסטוציסט רק מתחיל להיקלט ברחם – שלב שבו הנחנו שלתאי הגזע העובריים יש את מלוא הפוטנציאל שלהם – חלק מהאפשרויות של התאים כבר מתחילות להיחסם”.