מפתחות לחיים

פרופ’ בני פודבילביץ מהפקולטה לביולוגיה בטכניון

חוקרים בפקולטה לביולוגיה בטכניון ועמיתיהם בארגנטינה, באורגוואי ובארה”ב מפרסמים ממצאים דרמטיים הנוגעים לתהליך האיחוי הבין-תאי. המחקר התפרסם בשבוע שעבר בכתב העת JCB – The Journal of Cell Biology.

איחוי בין-תאי (Cell-cell fusion) הוא תהליך שבו שני תאים נצמדים זה לזה, קרומיהם נפרמים באזור המגע ושני התאים הופכים לאחד. האיחוי חיוני לתהליכים ביולוגיים משמעותיים ובהם רבייה מינית, הדבקה ויראלית וצמיחת איברים בגוף. זאת משום שבתהליך ההפריה מתאחים תא הזרע ותא הביצית; בהדבקה ויראלית מתאחים הווירוס ותא של האורגניזם המארח; ובצמיחת איברים מתאחים כמה תאים של אותו אורגניזם ויוצרים תא מרובה גרעינים.

פרופ’ בני פודבילביץ וקלרי ולנסי מהפקולטה לביולוגיה בטכניון, בחנו במחקר הנוכחי את פעילותם של חלבוני איחוי מסוג HAP2 (GCS1) בתאי יונקים.

התגלית המרכזית במחקר היא שחלבוני HAP2 אינם רק חיוניים בתהליך האיחוי אלא גם מספיקים לבדם לקיומו. במילים אחרות, נוכחות של HAP2 מאפשרת לשני תאים להתאחות גם ללא חלבוני איחוי אחרים. “למעשה,” אומר פרופ’ פודבילביץ, “אנחנו מדברים על ‘משפחת-על’ (superfamily) של חלבונים שקיומם מספיק כדי לחולל את תהליכי האיחוי החיוניים ברבייה מינית (איחוי זרע-ביצית), בהדבקה ויראלית (למשל במגיפת הזיקה) ובצמיחת איברים. בשל תפקידם החיוני במגוון אירועים של איחוי בין-תאי אנו מכנים את החלבונים האלה פוסקסינים (Fusexins) – כינוי המשלב את המילים fusion (איחוי) ו-sex.”

קבוצות המחקר הדרום אמריקאיות היו אחראיות לניבויים החישוביים ואילו חוקרי הטכניון ביצעו את ניסויי המעבדה. חלבוני HAP2 נלקחו ממקור צמחי – צמח התודרנית הלבנה (Arabidopsis thaliana) – ושימשו ליצירת איחוי בתאי יונקים. כך גילו החוקרים כי הצלחתו של האיחוי מותנית בהימצאותם של פוסקסינים בשני התאים המועמדים לאיחוי. האיחוי מצליח גם אם הפוסקסינים נמצאים באחד משני תאים אלה בתנאי שבתא השני יימצא  EFF-1 – חלבון איחוי שכבר נחקר רבות במעבדת פודבילביץ. ראוי לציין כי המשותף למשפחת-העל של הפוסקסינים אינו הרצף הגנטי אלא המבנה התלת ממדי.

ראשית הרבייה המינית

Clari – קלרי ולנסי מנהלת המעבדה של פרופ’ פודבילביץ

לאור השפעתם של הפוסקסינים במגוון תהליכים ביולוגיים משערים החוקרים כי מדובר במשפחת חלבונים קדומה מאוד, שהביאה לעולם את הרבייה המינית. עד לפני כ-2.5 מיליארד שנה שלטה בעולם החי הרבייה האל מינית (אל-זוויגית), כלומר רבייה שבה התא יוצר עותק של עצמו וכך משמר את הפרופיל הגנטי שלו. התפתחותו של תהליך האיחוי הבין-תאי הביאה לעולם את הרבייה המינית, או הזוויגית, שבה תאים של שני יצורים שונים מתאחים ויוצרים יצור חדש. יתרונה האבולוציוני של הרבייה המינית בכך שערבוב החומר הגנטי משני הורים שונים יוצר מגוון ביולוגי גדול יותר וכך מגדיל את סיכוייו של המין הביולוגי לשרוד. יתר על כן, ערבוב גנטי זה מאפשר תיקון של טעויות גנטיות (מוטציות שליליות), שאינו אפשרי ברבייה האל מינית.

מחקר רב תחומי

המאמר מאגד בתוכו תחומים רבים ושיטות מחקר רבות ובהן בניית מודלים ממוחשבים ועבודה עם תאים חיים בתרבית. בכתיבת המאמר השתתפו פרופ’ בני פודבילביץ, ראש מעבדה בפקולטה לביולוגיה בטכניון, מנהלת המעבדה (מזה שנים רבות) קלרי ולנסי, שהיא המחברת הראשית במאמר, והדוקטורנטית ילנה מטבייב. השותפים מארגנטינה הם דיוויד מוי, מחבר ראשון נוסף במאמר, שתרם לבניית מודל החלבון במחקר, וראש המעבדה שלו, פאבלו אגילר. לחלק מהגילויים במאמר זה תרמה יבגניה לייקינה, עמיתת מחקר בכירה במעבדתו של פרופ’ לאוניד צ’רנומורדיק במכוני הבריאות האמריקאים. השותפים מאורוגוואי הם מרטין גראנה ממכון פאסטר במונטווידאו והקטור רומרו מהאוניברסיטה הרפובליקנית.

פרופ’ פודבילביץ, יליד מקסיקו, הגיע לישראל בתום לימודי התיכון. לאחר תקופת מגורים בקיבוץ ניר דוד הוא חזר למקסיקו, סיים את לימודי התואר הראשון במקסיקו סיטי והמשיך לתואר שלישי באוניברסיטת ייל (Yale) ולפוסט-דוקטורט בקיימברידג’. לאחר נישואיו עלה לישראל ומאז הוא חבר סגל בפקולטה לביולוגיה בטכניון.

למאמר בכתב העת JCB – The Journal of Cell Biology:

https://goo.gl/Xonuyk

הדוקטורנטית ילנה מטבייב

צילום מהמחקר: בשני הצילומים נראים תאים אנימליים משתי אוכלוסיות – האחת נצבעה באדום והאחרת בירוק. הצבע הסגול צובע את ציטופלסמת התא ואילו הצבע הירוק צובע את הציטופלסמה ואת גרעין התא, הנראה כעיגול בעל צבע דחוס יותר בתאים. בצילום העליון שומר כל תא על זהותו הנפרדת ואילו בצילום התחתון, שבו מבוטאים חלבוני HAP2 צמחיים, מתאחים התאים וכך נוצר תא אחד בעל שלושה גרעינים.

לסרטון

הסבר : קרומי התא של שלושת התאים שבריבוע מתאחים בסביבות שנייה 3:15.