שיטה ייחודית להבנת מבנה הכרומוזומים

כרומוזומים בתלת-ממד

שיטה חדשה להצגה ומיפוי כרומוזומלי: עד כה מקובל היה להציג את הכרומוזומים –  46 חבילות של חומר גנטי המצוי בכל תאי גופנו – כדמויי האות X , אך בפועל אותם “איקסים” מסודרים מופיעים רק בשלב שבו התא עומד להתחלק, אחרי שהחומר הגנטי שלו עבר הכפלה. עד כה, למדענים לא הייתה תמונה ברורה של האופן בו מולקולת הDNA שלנו – סליל כפול שאורכו כשני מטרים – מאורגנת במסודר בתוך הגרעין, במבנה המאפשר פעילות שוטפת של הגנים בתוכו. שילוב של שתי שיטות חדשות לריצוף די-אן-אי בכרומוזומים בודדים, וניתוח נתונים שהתקבלו מאלפי מדידות, חושפים כעת תמונה לא מוכרת של המבנה התלת-ממדי של הכרומוזומים. השיטה החדשה, פרי עבודה משותפת של מדענים מאנגליה ומדענים מישראל – ממכון וייצמן שברחובות , שהתפרסמה באחרונה בכתב-העת Nature, תעזור למדענים להבין את התהליכים הבסיסיים אשר שולטים בהתבטאותם של גנים ובשמירה על יציבות הגנום.

שברים בכרומוזומים. מקור: ויקיפדיה ברשיון cc3-by-sa. צילום: Square87
שברים בכרומוזומים. מקור: ויקיפדיה ברשיון cc3-by-sa. צילום: Square87

הפרופסור עמוס תנאי ממכון ויצמן למדע פיתח אלגוריתם מתקדם לניתוח מערכי נתונים גנומיים, אשר סורק מיליארדי ביטים של מידע. יחד עם חברי הצוות – איתן יפה, יניב לובלינג , ובשיתוף הדוקטור פיטר פרייזר ממכון בברהם באנגליה, הצליח הפרופסור עמוס תנאי לפענח את המבנה הארכיטקטוני של הכרומוזום ברזולוציה חסרת תקדים. במקום להשתמש בשיטות מיקרוסקופיות מסורתיות, כמקובל, גייסו המדענים את היתרונות של שיטות מודרניות ורבות עוצמה לריצוף DNA. 

את הבסיס לשיטה החדשה הניחו ד”ר פרייזר וחברי צוותו, שפיתחו שיטות מתוחכמות לריצוף DNA המשתמשות באלפי מדידות של נקודות המגע בין גנים המצויים בכרומוזום יחיד. שיטות אלה מהוות שיפור ניכר לעומת הגישות שקדמו להן, המבוססות על ממוצע מבני של מיליוני כרומוזומים. עם זאת, על אף שהיא מנתחת כמות זעומה של DNA (מספר טריליוניות הגרם), שמקורו בתא יחיד, שיטתו של ד”ר פרייזר מייצרת כמויות עצומות של מידע, ומשתמשת בשיטות סטטיסטיות מתקדמות לצורך ניתוחו. פרופ’ תנאי וחברי הצוות שלו ביצעו את הניתוח הממוחשב המורכב, באמצעותו הפכו מיליוני רצפי די-אן-אי למפות אמינות המתארות את הקשרים בין גנים לאורך הכרומוזום. באמצעות מפות אלה, הצוות, בשיתוף עם ד”ר ארנסט לאו מאוניברסיטת קיימברידג’, הצליח לייצר מודלים תלת-ממדיים המתארים את המבנה של כרומוזומים בודדים.

פיענוח המבנה הארכיטקטוני של הכרומוזומים ברמת רזולוציה גבוהה מצביע על עובדה מעניינת: המבנה של מולקולת DNA אחת עשוי להשתנות מתא לתא. בנוסף לכך, התוצאות מתוות עקרונות כלליים הקובעים את ההתארגנות של הגנים בכרומוזום: הארגון הוא מודולרי, ומבוסס על תפקוד הגנים המצויים בכרומוזום. לדוגמה, הנתונים מעידים שהכרומוזום חושף את הגנים שאותם יש להפעיל באמצעות דחיקתם לקצוות, וכך מאפשר לאותם גנים לבוא במגע עם המכונות התאיות המבקרות את התבטאותם.

השיטה החדשה מעניקה מבט חדשני על מבנה הכרומוזומים בתאינו, וגם מעניקה גנטיקאים כלי מחקרי בעל יכולות. לדוגמה, היא עשויה לסייע בחשיפת השונות בפעילות גנטית בין סוגים שונים של תאים, וכן לתרום להבנת המנגנונים הקובעים מדוע גנים מסוימים פעילים ואחרים אינם פעילים במצבי בריאות או מחלה. השיפור המהיר בטכנולוגיות לריצוף כמויות עצומות של חומר גנטי מבטיח כי מחקרים מסוג זה יצברו תאוצה בעתיד הקרוב.


דילוג לתוכן