מחקר ישראלי חדש חושף חלק מהתהליך שבו נוצרת בתאים "הפרדת פאזות": אברון המורכב מחלבונים שאינו מוקף במעטפת

תאים חיים של בעלי חיים, צמחים, פטריות ועוד, ביניהם תאי האדם, כוללים אברונים, מעין שקים קטנים מוקפים במעטפת (ממברנה), שממלאים תפקידים שונים שחיוניים לקיומו של התא. בשנים האחרונות הולכות ומצטברות הראיות לכך שקיימים בתאים בנוסף לכך גם אזורים מובחנים חסרי מעטפת, שמופרדים משאר חלקי הנוזל התוך-תאי על ידי תופעה שנקראת הפרדת פאזות – תהליך שבו נוצרים אזורים נפרדים (פאזות) בתוך תערובת הומוגנית אחת. אפשר להמשיל את זה לקהל במקום פתוח, שבאזורים מסוימים שלו אנשים מצטופפים יחד ומחזיקים ידיים, וכך יוצרים קבוצות עם קשרים פנימיים שמונעים מהן להתפרק.

מדורים חסרי מעטפת כאלה שנוצרים בתאים חיים נקראים לפעמים צבירים ביומולקולריים, והם מורכבים מחלבונים הנקשרים זה לזה, בדומה מאוד לאנשים שמחזיקים ידיים. הצבירים האלה אחראים למגוון פעולות בתא, ושינויים קטנים בחלבונים שמרכיבים אותם יכולים להשפיע באופן דרמטי על היווצרותם. תארו לעצמכם מה היה קורה לקבוצת האנשים המחזיקים ידיים אם הם היו מחלישים את אחיזתם, למשל, ומאפשרים לידיהם להיפרד לעיתים קרובות יותר. אפשר להניח שהיו צריכים יותר אנשים כדי ליצור את הקבוצה.

מחקר שנעשה במעבדה של עמנואל לוי ממכון ויצמן למדע, בהובלת הדוקטורנטית מטה היידנרייך (Heidenreich), מנסה כעת לפענח את התהליך הזה בחלבונים. בפרט בודקים החוקרים איך מוטציות – שינויים בהוראות לייצור חלבונים בתא, השמורות בחומר הגנטי – משנות את התנהגות הצבירים ואת צמיגותם.

אזורים נפרדים בתוך תערובת הומוגנית, ללא קרומים שתוחמים אותם. שמן זית וחומץ בלסמי מדגימים הפרדת פאזות | Shutterstock, jabiru
אזורים נפרדים בתוך תערובת הומוגנית, ללא קרומים שתוחמים אותם. שמן זית וחומץ בלסמי מדגימים הפרדת פאזות | Shutterstock, jabiru

צבירים מלאכותיים

בשל מורכבותם, קשה לחקור צבירים טבעיים בתא החי. על כן יצרו החוקרים צבירים שמורכבים מחלבונים מהונדסים, שתוכננו בידי החוקרים ויוצרו בתוך תאים של שמרים. בחלבונים אלה קל יותר לעשות שינויים, והצבירים הנוצרים מהם לא אמורים לשנות באופן מהותי את תפקוד התא.

החוקרים יצרו מערכת של שני רכיבים מולקולריים, שהקשרים ביניהם ידועים ועוצמתם ניתנת לשינוי. כל רכיב הורכב משלושה חלבונים המחוברים ביניהם במעין חוטים קצרים וגמישים. ברכיב הראשון היו שני אזורים שהרכיב השני יכול להיקשר אליהם, ובשני היו ארבעה אזורים שיכולים להיקשר לראשון. בנוסף הצמידו החוקרים לכל רכיב חלבון זרחני בצבע שונה, שיאפשר לחוקרים לזהות אותו במיקרוסקופ. ואכן נמצא שכאשר גורמים לתאי השמר לייצר את שני הרכיבים האלה, הצבעים נראים יחד זה עם זה, כלומר נוצרו צבירים. אם מבטלים את היכולת של אחד הרכיבים להיקשר לשני, הצבעים מתפזרים בכל רחבי התא.

בהמשך ביקשו החוקרים לבדוק אם תהליך הפרדת הפאזות לבדו יכול לגרום לכך שהחלבונים הדרושים ליצירת הצביר ייבנו מלכתחילה כבר בקרבתו. בתאים קיים גופיף בשם ריבוזום, שתפקידו ליצור חלבונים חדשים לפי הוראות שהוא מקבל ממולקולות בשם RNA שליח. אלו הן מולוקולות דומות ל- DNA אך קצרות הרבה יותר, שתפקידן לתווך ולהעביר את ההוראות מהחומר הגנטי לריבוזום. לפעמים כמה ריבוזומים מתקבצים ביחד על אותו RNA שליח, ומייצרים במקביל עותקים זהים של החלבון המקודד בו. לפי השערת החוקרים, החלבונים הללו נמשכים אל צביר החלבונים הגדל והולך, ומושכים איתם את מולקולות ה-RNA-שליח עם כל הריבוזומים שיושבים עליהן. כך נוצר תהליך חסכוני ויעיל שבו חלבוני הצביר נבנים קרוב מאוד אליו.

ואכן, באמצעות הצבענים שבהם השתמשו ראו החוקרים שעותקים רבים של RNA שליח מתקבצים יחד במקום שבו נוצר הצביר. מכאן הסיקו שנוצר שם מעין "גרעין התעבות" של מולקולות RNA שליח וריבוזומים שנמשכו אל מקום יצירת הצביר.

אילוסטרציה של ריבוזומים רבים יושבים על אותו מולקולת RNA-שליח, שנראית בתמונה כחוט אדום, ומייצרים חלבונים, הם החוטים הלבנים | Shutterstock. Meletios Verras
החלבונים הדרושים לצביר נוצרים כבר בקרבתו. אילוסטרציה של ריבוזומים רבים יושבים על אותו מולקולת RNA-שליח, שנראית בתמונה כחוט אדום, ומייצרים חלבונים, הם החוטים הלבנים | Shutterstock. Meletios Verras

במחקר נכנסו החוקרים לעובי הקורה של תהליך הפרדת הפאזות בתאים, ומצאו מנגנון שמושך מולקולות של RNA שליח אל צבירי החלבונים וכך מעודד את גדילתם. עם זאת, מאחר שהמחקר נעשה על תאי שמרים, קשה לדעת עד כמה אפשר יהיה לתרגם את המסקנות גם לתאים האנושיים, המורכבים הרבה יותר. עדיין רב הנסתר על הנגלה בהבנתנו את תופעת הפרדת הפאזות, כך שאין לצפות ליישומים מעשיים של הממצאים בזמן הקרוב - בעתיד ייתכן שנמצא דרכים להשתמש בצבירים מלאכותיים למטרות רפואיות, כגון שחרור איטי של תרופה בתוך התא, שיאריך את משך פעולתה.