מיטוכונדריה תעני, זה אני

מדעניות המכון חשפו ערוץ תקשורת בין שני שחקני מפתח בתא – הגרעין והמיטוכונדריה – והראו כי שני האברונים מחליפים ביניהם מסרונים באמצעות קווי תקשורת מולקולריים

כמו כל משטר גם זה הנהוג בתא זקוק לאמצעי תקשורת וליכולות להעברת מידע. באחרונה חשפו מדעניות מכון ויצמן למדע ערוץ תקשורת בין שני שחקני מפתח בתא – הגרעין והמיטוכונדריה – והראו כי שני האברונים מחליפים ביניהם מסרים באמצעות נקודות חיבור פיסיות המהוות מעין קווי תקשורת מולקולריים. האזנות סתר לתקשורת הקווית בין אברוני התא צפויות לאפשר למדענים להבין טוב יותר מצבי מחלה המתפתחים עקב שיבושים בערוצי התקשורת – מסרטן ועד מחלות ניווניות של מערכת העצבים.

עטופים בבטחה בקרום השומני שלהם, אברוני התא זקוקים לערוצי תקשורת עם סביבתם, לרבות קבלת מסרונים מאברונים אחרים. שמירה על מעבר רציף של מידע חשובה במיוחד לאברוני הגרעין והמיטוכונדריה: הגרעין, שבו מאוחסן הקוד הגנטי יקר הערך, תלוי במיטוכונדריה – תחנות הכוח של התא – לאספקת האנרגיה הרבה הנדרשת בשלבים ההתחלתיים של ביטוי הגנים. אברוני המיטוכונדריה, מצדם, תלויים בשירותי האחסון של הגרעין למרבית התוכניות הגנטיות שלהם ולהוצאתן לפועל בתזמון הנכון.

“הסברה הרווחת היא שמקור המיטוכונדריה בתא חיידקי קדום, חסר גרעין כמובן, אשר נבלע בשלמותו על-ידי צורת חיים חד-תאית קדמונית אחרת שכבר התפתח בה גרעין”, מסבירה פרופ’ מאיה שולדינר שמעבדתה במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע מתמחה בחקר תקשורת תוך-תאית. “כך, גנים שמקורם במיטוכונדריון נדדו לאיטם לכיוון גרעין התא והתמזגו במהלך האבולוציה עם הגנום של אותו אורגניזם. אבולוציה זו הפכה את קיומם של ערוצי התקשורת בין האברונים להכרח – שכן הם מאפשרים תיאום הדוק בין כמות האנרגיה התאית הזמינה למשימות התא השונות”.

דרך אחת לתקשורת בין אברונים היא נקודות חיבור פיסיות של ממש המתאפשרות באמצעות מולקולות מקשרות (tethering molecules). מחקרים קודמים במעבדתה של פרופ’ שולדינר הראו שבין כל שני אברונים יכולים להימתח קווי תקשורת שכאלה, אולם אפיון ערוצי התקשורת החשובים שבין גרעין התא למיטוכונדריה נותר עד כה חמקמק.

במחקר הנוכחי, צוות בהובלת ד”ר מיכל אייזנברג-בורד ותלמידת הדוקטורט נעמה צונג, החל לחפש אחר ערוצי תקשורת אלה בתאים של שמר האפייה – מיקרואורגניזם חד-תאי קל לגידול ובעל דמיון לתאי אדם. בעזרת שיטה שפותחה בעבר במעבדתה של פרופ’ שולדינר על-ידי תלמיד הדוקטורט דאז, ד”ר נדב שי, הינדסו החוקרות את תאי השמרים כך שיבטאו חלבון פלואורסצנטי הנדלק בתגובה ליצירת חיבור בין שני אברונים.

לאחר שאיששו את קיומם של ערוצי התקשורת בין הגרעין למיטוכונדריה וזיהו את מיקומיהן של נקודות המגע בין האברונים בעזרת החלבון הפלואורסצנטי, התפנו החוקרות לחשוף את המנגנונים המולקולריים המאפשרים תקשורת מסוג זה. לשם כך, הן השתמשו בשיטה הנקראת “סריקה בתפוקה גבוהה” (HTS) המאפשרת לסרוק אלפי זני שמרים שונים, בזמן קצר יחסית וביעילות, בחיפוש אחר גנים ותוצריהם החלבוניים המעורבים במנגנון זה. לאחר סריקה של קרוב ל-6,000 חלבוני שמר שונים, הצליח צוות המחקר לזהות חלבון שלא אופיין עד כה בספרות המדעית ונמצא בשפע בנקודות המגע בין האברונים.

כאשר גרמו החוקרות לתאי שמרים להפיק כמות גדולה במיוחד של חלבון זה אשר זכה לכינוי Cnm1 – נהרו אברוני המיטוכונדריה בתאים לכיוון הגרעין, התגודדו סביב הקרום שלו ויצרו עימו מערך מסועף של נקודות מגע. “הראינו כי Cnm1, חלבון הנעוץ בקרום הגרעין, מתנהג כמו ‘חוט תקשורת’, וזאת באמצעות היקשרות לחלבון מוכר אחר על-גבי קרום המיטוכונדריה”, מסבירה פרופ’ שולדינר.

נוסף על זיהוי הרכיבים המולקולריים של מנגנון התקשורת בין האברונים, חשפו החוקרות בהצלחה גם מגנון בקרה המווסת את תהליך היצירה של נקודות המגע: כאשר שובשה פעילותם של אנזימים שונים הנחוצים ליצירת מולקולת שומן בשם פוספטידיל כולין  – מרכיב משמעותי של קרומים ביולוגיים – כמות ה-Cnm1 צנחה, ונקודות המגע המסועפות שהופיעו בניסוי הקודם נעלמו. “ניכר כי הסיבה לכך לא הייתה נעוצה בהפסקת הפעילות של אנזים כזה או אחר, אלא בכך שלא היה מספיק ממולקולת השומן עצמה”, מסבירה פרופ’ שולדינר, “ולראיה, כאשר הוספנו את המולקולה לתאי שמר שהונדסו כך שלא יוכלו להפיקה בעצמם, נקודות המגע חזרו להופיע”.

גילוי המנגנון המולקולרי המאפשר ערוץ תקשורת דו-כיווני בין הגרעין למיטוכונדריה מניח את היסודות להבנה עמוקה יותר של תפקודי אברונים אלה. הבנה זו משמעותית במיוחד שכן שיבושי תקשורת בערוץ זה עלולים לתרום להתפתחות מחלות שונות ובהן סוגים שונים של סרטן, מחלות ניווניות של מערכת העצבים, תנגודת לאינסולין המאפיינת חולי סוכרת מסוג 2, השמנת יתר חולנית, ובאופן כללי להזדקנות רקמות.

עוד בנושא באתר הידען:

• שום אברון איננו אי
• המפתח
• דרכים צדדיות
• הגנן המסור