עריכת הגנים של דיונונים

תאי הגוף שלנו, ושל כל יצור חי אחר, פועלים לפי אותו מנגנון בסיסי פשוט למדי. ה-DNA שנמצא בגרעין התא מכיל את החומר הגנטי שלנו, שהוא "ספר ההוראות" להרכבת החלבונים, שבונים את התאים ומוציאים לפועל את הפעולות השונות הדרושות לחיים. כדי לייצר את החלבונים, חלקים מה-DNA, שנקראים גֵנים, מועתקים לחומר דומה מאוד ל-DNA, בשם RNA. ה-RNA יוצא מהגרעין לחלל התא המלא נוזל, ושם מנגנונים של התא קוראים אותו ומרכיבים חלבון לפי ההוראות המצויות בו. אפשר לחשוב על ה-RNA כעל צילום של דף מסוים מתוך הספר הגדול של החומר הגנטי, הנשמר ב-DNA.

בכל התאים בגופנו יש את אותו DNA, אותם גנים. אבל התאים אינם זהים זה לזה. תא קולט אור בעין נראה אחרת ומתפקד בצורה שונה מאוד מתא לבלב המייצר אינסולין, או מתא שריר שתפקידו להתכווץ לפי פקודה. ההבדלים נובעים מכך שבכל תא גנים אחרים מועתקים ל-RNA, וכך חלבונים אחרים מיוצרים. 

למנגנון הבסיסי הזה, כך עולה ממחקרים, יש לא מעט תוספות והתאמות, שמאפשרות לתאים לייצר מגוון גדול אפילו יותר של חלבונים, ולהתאים לכל תא, בכל רגע, בדיוק את החלבונים הדרושים לו. אחת התוספות האלו היא עריכה של ה-RNA בתוך הגרעין לאחר שהוא נוצר, ולפני שנבנים על פיו חלבונים. שינוי ברצף האותיות של ה-RNA גורם לכך שהתא מייצר חלבון שונה במקצת מזה שהיה נוצר ללא השינוי. עריכת RNA מתרחשת בתאים של בעלי חיים רבים, כולל תאים של בני אדם, אך רק לעתים רחוקות יחסית. מחקרים הראו שאצל רוב בעלי החיים, רק אחוזים בודדים מרצפי ה-RNA עוברים עריכה כזו, בכמה עשרות מקומות מסוימים ברצף ה-RNA.

רוב בעלי החיים, אבל לא כולם. לפני שלוש שנים, חוקרים מישראל ומארצות הברית מצאו שקבוצה מסוימת של בעלי חיים, התמנונים והדיונונים, עורכים יותר ממחצית מרצפי ה-RNA שלהם, ויש להם עשרות אלפי מקומות שבהם מתבצעת העריכה. רוב הצוות הזה, בהשתתפות ד"ר נועה ליסקוביץ'-ברוור ופרופ' אלי אייזנברג מאוניברסיטת תל אביב, שותף במחקר חדש המראה שאצל דיונונים רוב עריכת ה-RNA מתבצעת מחוץ לגרעין התא. 

שינוי בסיב העצבי

החוקרים בחנו את התאים של דיונון קטן ממשפחת הלוליגיים, Doryteuthis pealeii. הם התמקדו בתא עצב מיוחד, שמשחק תפקיד בהנעה הסילונית של הדיונון. לכל תא עצב יש אקסון (סיב עצבי), שלוחה היוצאת מגוף התא לכיוון התאים האחרים שאליהם הוא שולח מסרים, והאקסון של תא עצב זה הוא גדול מאוד, עוביו כחצי מילימטר, כדי לאפשר העברה מהירה יותר של המסר החשמלי. בשל גודלו יוצא הדופן, האקסון הענק של הדיונונים מככב במחקרים רבים – קל הרבה יותר לעבוד עם תא שאפשר לראות בלי מיקרוסקופ ולהחזיק ביד.

בתא גדול שכזה קל גם לבדוק היכן נמצאים החלבונים שמבצעים את עריכת ה-DNA. החוקרים הוציאו את הציטופלסמה, הנוזל הצמיגי שממלא את התא, מתוך האקסון – "קצת כמו שמוציאים משחת שיניים מהשפופרת", הגדיר זאת ג'ושוע רוזנטל (Rosenthal), ראש צוות המחקר, בראיון לאתר Science Now. הם מצאו שחלק גדול מעריכת הגנים מתבצע בתוך האקסון, הרחק מהגרעין. 

עדיין לא ידוע איזה יתרון מעניקה לדיונונים עריכת ה-RNA במקומות שונים בתא. החוקרים משערים שהיא עשויה לאפשר להם להתאים את החלבונים לא רק לתא מסוים ולזמן מסוים, אלא גם למקום ספציפי בתוך התא. כך, מתוך מספר מוגבל של גנים, הם יכולים לייצר מגוון חלבונים, המותאמים בדיוק רב לכל מטרה. 

חלק גדול מעריכת הגנים מתבצע בתוך האקסון, הרחק מהגרעין. חוקר בוחן אקסון ענק של דיונון | NIH History Office

הנדסה גנטית זמנית

מעבר להבנה טובה יותר של הביולוגיה של בעלי חיים מיוחדים אלו, החוקרים מקווים שחשיפת מערכת עריכת ה-RNA תוכל לשמש בעתיד גם בהנדסה גנטית. כיום, רוב שיטות ההנדסה הגנטית, כמו קריספר, מבוססות על שינויים ב-DNA. כאשר אנחנו משנים את ה-DNA, השינוי נשאר לאורך כל חייו של התא, ואם התא מתחלק, השינוי שביצענו יעבור גם לתאי-הבת. יש לכך יתרונות, אך גם חסרונות – אם השינוי מזיק, יהיה קשה מאוד לתקן אותו. 

RNA, לעומת זאת, נשאר בתא רק לזמן קצר לפני שהוא מתפרק, וכל שינוי שייעשה בו יהיה זמני בלבד. "יש הרבה יתרונות לעריכה של מידע גנטי ב-RNA", אמר רוזנטל. "אם אתה עושה טעות, זה הרבה פחות מסוכן. אם אתה עושה טעות ב-DNA, אתה תקוע איתה".

יידרשו עוד מחקרים לפני שנדע כיצד בדיוק עריכת ה-RNA בדיונונים פועלת, ואם נוכל לנצל אותה לעריכת הגנים שלנו. אך הרעיון בהחלט נשמע מבטיח: קריספר, אחרי הכל, התפתח בחיידקים. אם הצלחנו להפוך את המערכת הזו לכלי הנדסה גנטית, ייתכן שנוכל לעשות זאת גם עם המערכת של הדיונונים.