זרעי העתיד: גילויים חדשים על התארגנות הדי-אן-איי במהלך היווצרות הזרע

ד"ר נעם קפלן

ד"ר נעם קפלן

חוקרים בפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון מציגים גילויים חדשים על התארגנות הדי-אן-איי במהלך היווצרות הזרע והשלכותיה על האורגניזם העתידי. את המחקר שהתפרסם אתמול בכתב העת Nature Structural & Molecular Biology ערכו ד"ר נעם קפלן יחד עם הסטודנטית (לתואר שני) הייא חורי ועמיתיהם בבית החולים לילדים בסינסינטי. את צוות המחקר בסינסינטי הובילו פרופ' סטושי נמקאווה וסטודנט המחקר קריס אלווטאם.

הדי-אן-איי בתא החי ארוז, עם החלבונים הקשורים אליו, בקומפלקס מולקולרי הקרוי כרומטין. אף שהכרומטין משמש לכאורה רק כ"מארז" של המידע הגנטי המוכל בדי-אן-איי, האופן שבו נארז הדי-אן-איי משפיע משמעותית על המערכות המופעלות בתאים. אריזה הדוקה מדי של הדי-אן-איי, לדוגמה, עלולה להסתיר אותו מהמנגנונים הביולוגיים שאמורים לקרוא ולפענח אותו ובכך להביא להשתקת גנים מסוימים.

במחקר הנוכחי נבחנה התארגנות הדי-אן-איי בכרומטין במהלך הספרמטוגנזה (spermatogenesis) – התפתחות הזרע. ספרמטוגנזה היא תהליך שנחקר רבות, אולם בשל מגבלות טכנולוגיות לא פוענחה עד כה צורת אריזת הדי-אן-איי בתהליך זה בפירוט. כעת הצליחו החוקרים באתגר זה באמצעות טכנולוגיה חדשנית בשם Hi-C,  המשלבת ניסוי ביולוגי וניתוח חישובי וכך מאפשרת לאמוד את ההתארגנות המרחבית של הדי-אן-איי בדיוק רב.

 

הייא חורי

הייא חורי

בכל יום נוצרים בגוף האדם מאות מיליוני תאי זרע. אחד השלבים הקריטיים בהיווצרות תאי הזרע הוא המיוזה (חלוקת ההפחתה). במהלך המיוזה מתרחש מהלך דרסטי של ארגון מחדש של אריזת הדי-אן-איי. בתהליך זה הכרומוזומים נדחסים לקראת חלוקת ההפחתה. יותר מכך, הכרומוזומים הדחוסים מחליפים ביניהם מקטעים שונים וכך מגדילים את המגוון הגנטי.

צוות המחקר הישראלי-אמריקאי הצליח לבודד תאי זרע של עכברים בתחילת המיוזה, כשהכרומוזומים דחוסים, ואז למדוד את המרחקים בין מיליוני צמדי נקודות בדי-אן-אי. החוקרים גילו כי המבנה המרחבי של הכרומטין מתחזק בהדרגה במהלך שלבי המיוזה השונים, עד שהוא מגיע לחוזק מרבי בזרע המבוגר. הם מעריכים כי הארגון התלת-ממדי האמור מאפשר לתאי הזרע לשפעל גנים רבים ומגוונים במהלך המיוזה, וכך מקנה לתאים אלה את היכולת להתחלק לתאים ייעודיים (עור, שריר וכו') אחרי ההפריה. לדברי ד"ר קפלן, "בעתיד אנו מתכוונים להשתמש בשיטות אלה כדי להבין כיצד המבנה המרחבי של הגנום עשוי להשפיע על הפוריות."

 

המחקר נערך בסיוע מכוני הבריאות האמריקאים (NIH), קרן עזריאלי ומלגת טאוב.

ד"ר נעם קפלן הצטרף לסגל הפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון בשנת 2016, וכאן הקים מעבדה אינטרדיסציפלינרית למיפוי המבנה המרחבי של הגנום ולחקר השפעתו על פעילות הגנום בבריאות ובחולי.

הייא חורי השלימה תואר ראשון בביולוגיה בטכניון וכיום היא עושה תואר שני במדעי הרפואה בטכניון.

קישור למאמר: https://go.nature.com/2NibMUU

שינויים בארגון הדי-אן-איי במהלך התפתחות תאי הזרע. משמאל לימין: תאי זרע מתפתחים (תחילת מיוזה), תאי זרע מתפתחים (לאחר מיוזה) ותאי זרע בוגרים. בשורה העליונה: תמונות מיקרוסקופ של התאים כאשר הדי-אן-איי מסומן בשחור. בשורה התחתונה: מפות אינטראקציה של ניסוי Hi-C, המתארות מבנים מרחביים של די-אן-איי (צורות מלבניות). אפשר לראות שבתחילת המיוזה, כאשר הדי-אן-איי דחוס, המבנים קיימים אך חלשים יותר; הם מתחזקים לאחר המיוזה; והם מגיעים לשיא חוזקם בתאי זרע בוגרים.

שינויים בארגון הדי-אן-איי במהלך התפתחות תאי הזרע. משמאל לימין: תאי זרע מתפתחים (תחילת מיוזה), תאי זרע מתפתחים (לאחר מיוזה) ותאי זרע בוגרים. בשורה העליונה: תמונות מיקרוסקופ של התאים כאשר הדי-אן-איי מסומן בשחור. בשורה התחתונה: מפות אינטראקציה של ניסוי Hi-C, המתארות מבנים מרחביים של די-אן-איי (צורות מלבניות). אפשר לראות שבתחילת המיוזה, כאשר הדי-אן-איי דחוס, המבנים קיימים אך חלשים יותר; הם מתחזקים לאחר המיוזה; והם מגיעים לשיא חוזקם בתאי זרע בוגרים.