ליקוי החמה הגנטי

מדענים בטכניון גילו מנגנון לא ידוע בפעילות התא החי: הסתרה כאמצעי להשתקה גנטית. במחקר-ההמשך ייעשה שימוש בטכנולוגיות חדשניות של הדפסת DNA במטרה לפענח את "הדקדוק הגנומי"

פרופ'-משנה רועי עמית

פרופ'-משנה רועי עמית

פרופ'-משנה רועי עמית, חבר סגל בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון, גילה קונספט חדש בפעילות התא: הסתרה כאמצעי להשתקה גנטית. כך מדווח כתב העת Nature Communications.

השתקה גנטית היא מונח ביולוגי שפירושו דיכוי פעילותו של גֶן על ידי התא. התא החי יודע "להדליק" גנים בתהליך שנקרא שיפעול, ו"לכבות" או לדכא אותם בתהליך שנקרא השתקה – על ידי פעילות ישירה של חלבון.

במחקר שערך לאחרונה גילה פרופ' עמית כי לתא יש דרך נוספת להשתיק את הגן: באמצעות הסתרה פיזית, כלומר באמצעות חלבון המוֹנע אינטראקציה בין הגן לגורם המשפעל אותו. לדבריו, "אפשר לחשוב על החלבון המסתיר כמו על איש גבוה שיושב לפניך בקולנוע. דימוי אחר הוא ליקוי חמה. למעשה אנחנו מדברים כאן על מין 'ליקוי חמה גנטי': חלבונים מסוימים מתמקמים על מקטע ה-DNA בנקודה שמסתירה מהגן את הגורם האמור לשפעל אותו, וכך למעשה משתיקה את אותו גן."

ההשערה של פרופ' עמית נבדקה בשלוש דרכים: הדמיה ממוחשבת, ביולוגיה סינתטית וביואינפורמטיקה. במילים אחרות, המודל אומת הן בסימולציה והן בניתוח מקטעים גנטיים ממשיים. "אימתנו את המודל הזה בניסויים שביצענו על 60 רצפים גנטיים של חיידקים, וכך ביססנו את הקונספט החדש הזה. כעת אנחנו מבינים שמדובר במנגנון שהתפתח במהלך האבולוציה כאפיק-פעולה יעיל של השתקה גנטית."

הקונספט החדש ייבדק באופן מעמיק ומקיף במסגרת מחקר נרחב שפרופ' עמית מוביל. המחקר, זכה לתמיכה של 4 מיליון יורו מתוכנית ה–FET Open, הפועלת במסגרת תוכנית "הורייזן 2020" של האיחוד האירופי, ותומכת במחקר מדעי וטכנולוגי הצפוי להוביל לפיתוח טכנולוגיות חדשניות. בתכנית ישתתפו 5 קבוצות מחקר מישראל ומאירופה שיפעלו לפענוח עקרונות הפעולה של הקוד הבקרתי בחיידקים, שמרים וזבובים.
"הקוד הבקרתי הוא מעין שפת תכנות שבאמצעותה שולט הגנום בביטוי הגנטי בהיבטים של מיקום, עיתוי ועוצמה", מסביר פרופ'-משנה עמית. "במסגרת המחקר ייעשה שימוש בטכנולוגיות חדשניות של הדפסת DNA כדי לכתוב מחדש את הקוד ולבדוק את הפלט של התוכנות הסינתטיות בתוך תאים חיים. באמצעות כתיבת עשרות אלפי רצפי בקרה סינתטיים מקווים החוקרים לפענח את עקרונות הדקדוק של שפת התכנות של הגנום."

למאמר המלא לחץ כאן

באיור: המאמר מוכיח את קיום מנגנון ההפרעה שמתואר בציור באמצעות כלים ניסיוניים וסימולציות נומריות. הקונפיגורציה שמתוארת באיורים מבוססת על מולקולת ה–DNA והחלבונים בה השתמשו החוקרים בניסוי עצמו. האיור מראה מולקולת DNA טיפוסית אליה מחוברים שלושה חלבונים: בקצה העליון: σ54-RNAP, באמצע החלבון המפריע TraR, ובתחתית NtrC. המנגנון שמצאו החוקרים מראה שכאשר חלבון כלשהו (ולא משנה איזה) נמצא בתוך הלולאה, עצם נוכחותו מונע מהלולאה להסגר. כאשר הלולאה לא נסגרת החלבונים בקצוות לא יכולים להיפגש, וכתוצאה מכך נמנעת מה–σ54-RNAP יכולת ביטוי הגן (שנמצא אחריו על ה–DNA ולא מופיע בציור).  קרדיט איור: יארוסלב פולק.

באיור: המאמר מוכיח את קיום מנגנון ההפרעה שמתואר בציור באמצעות כלים ניסיוניים וסימולציות נומריות. הקונפיגורציה שמתוארת באיורים מבוססת על מולקולת ה–DNA והחלבונים בה השתמשו החוקרים בניסוי עצמו. האיור מראה מולקולת DNA טיפוסית אליה מחוברים שלושה חלבונים: בקצה העליון: σ54-RNAP, באמצע החלבון המפריע TraR, ובתחתית NtrC. המנגנון שמצאו החוקרים מראה שכאשר חלבון כלשהו (ולא משנה איזה) נמצא בתוך הלולאה, עצם נוכחותו מונע מהלולאה להסגר. כאשר הלולאה לא נסגרת החלבונים בקצוות לא יכולים להיפגש, וכתוצאה מכך נמנעת מה–σ54-RNAP יכולת ביטוי הגן (שנמצא אחריו על ה–DNA ולא מופיע בציור). קרדיט איור: יארוסלב פולק.