בשנת 1972 זכה כריסטיאן אנפינסן בפרס נובל לכימיה על עבודותיו משנת 1960, בהן קבע שהמבנה התלת-ממדי הסופי של החלבון נקבע אך ורק ע"י רצף החומצות האמיניות (ח"א) שלו. גישה זו מקובלת מאז שנות השישים, ולמעשה טוענת שרצף מסוים של ח"א יכול להוביל למבנה השלישוני של החלבון. אך מסוף שנות השבעים, למדו חוקרי הביוטכנולוגיה שאין הדבר פשוט כל כך. כשניסו לייצר חלבונים בשיטות של הנדסה גנטית, כמו אינסולין והורמון הגדילה, בחיידקים, נוכחו שלקבל חלבון מקופל בצורה הנכונה היא משימה לא קלה. לעתים קרובות במקום להתקפל בצורה הנורמלית, התקבצו החלבונים לצברים בלתי מסיסים חסרי צורה יחודית וכמובן בלתי פעילים.
תופעה זו של יצירת צברים הובחנה גם בניסויים במבחנה. בשנות השבעים מצא גולדברג ממכון פסטר שלאחר דנטורציה של החלבון כימוטריפסינוגן, ובתנאי קיפול מחדש, החלו המולקולות להתקפל כשורה, אך כשצורות מקופלות חלקית היו במגע עם חברותיהן, הן נדבקו זו לזו ושקעו בצורת צברים. החוקרים מצאו שניתן לשפר את תהליך הקיפול הנכון ע"י הורדת ריכוז החלבון בתמיסה. בהמשך המחקרים קבעו גולדברג וחבריו שצורת חלבון מקופלות חלקית נדבקות לבנות מינן בלבד ולא לחלבונים אחרים. בניסויים שנעשו בשנות השמונים נמצא שאפילו שינוי מזערי ברצף החומצות האמיניות עשוי למנוע הצטברות או לזרז אותה. קינג, מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, מצא ב-1981 מוטציות קובעות קיפול הרגישות לטמפרטורה. קינג עבד עם מעטפה של נגיף, בו שונתה רק חומצה אמיניות אחת בלבד. בטמפרטורה נמוכה התקפל החלבון כהלכה, אך בטמפרטורה גבוהה, הגורמת לקיפול חלבון להיפתח - הצטברו המולקולות לצברים. באמצע שנות השמונים הראו ברמס וחבריו מחברת אפג'ון, שבניסויים במבחנה הצליחו למנוע הצטברות של הורמון הגדילה של בקר ע"י החלפת חומצה אמינית אחת, זאת מבלי לפגוע בקיפול הנכון וכמובן בפעילות.
בשנים האחרונות נמצא שבתאים נמצאים חלבונים "מלווים" (chaperonins) שתפקידם להקשר לשרשראות חלבון שנוצרו זה מקרוב ועוזרים להן לעבור את תהליך הקיפול. הם מונעים מתוצר הביניים להגיע לנקודה שאין ממנה חזרה. חלבונים מלווים אלו חסרים בחידקים ומשום כך חלבוני הביניים נוטים להצטבר בחיידקים.
להתנהגות זו של החלבונים במבחנה או בשיטות היצור הביוטכנולוגיות, נמצאה מקבילה בבעלי חיים. בסדרת המחלות הנקראות "עמילואידוזיס", שוקעים חלבונים שונים בצורות חוטים ובצברים באברים שונים. המפורסמת ביותר בין המחלות הללו היא מחלת אלצהיימר. הצברים הללו הינם בלתי מסיסים ומשום כך קשה ללמוד אותם. החוקרים ידעו שמוטציות עלולות לגרום לשקיעת חלבונים אך לא על הדרך בה נוצרים הצברים.
ג'פרי קלי מאוניברסיטת טקסס, בחר ללמוד את אחד חלבוני העמילואידוזיס שנקרא טרנסתורטין. חלבון זה הנמצא נורמלית בפלסמה, עשוי לעבור 50 מוטציות שונות, ואז הוא שוקע בצברים בלב, בריאות ובמעיים וגורם למחלה קטלנית (FAP). כפי שנמצא במדידות קריסטלוגרפיות ע"י שתי קבוצות אחרות, המוטציות הנ"ל לא שינו את הקיפול הנורמלי של החלבון. אך קלי וקבוצתו מצאו שהן שינו את יציבות החלבון, וגרמו ליצירת צורות ביניים מקופלות חלקית שמצטברות זו עם זו, ויוצרות משקעים עמילואידיים.
"התרבות" הפריונים בתאי עצב:
|
 |
תופעה דומה נצפתה ע"י רון וונזל, החוקר מחלות עמילואידוזיס של השרשראות הקלות של הנוגדנים. גם כאן מוטציה אחת בלבד, פוגעת ביציבות הקיפול של החלבון, ועושה אותו רגיש יותר לסדור מרחבי שונה המוביל לאגרגציה. בעוד שהמחלות הנ"ל נדירות יחסית ופוגעות באחד מ-100,000-10,000 איש, מחלת אלצהיימר פוגעת בכארבעה מיליון איש בארה"ב בלבד. במחלה זו מופיעים במוח פלקים שמרכזם הוא חלבון עמילואידי המורכב בעיקר מחוטיות חלבון הנקראות עמילואיד ביתא, וכך נגרם הנזק המוחי. עמילואיד ביתא מורכב מ-40 ח"א, נחתך מחלבון גדול יותר הנקרא חלבון מוצא עמילואידי (APP). מוטציה מסוימת בחלבון זה מגבירה את יצירת העמילואיד ביתא שעשויה להוביל לשקיעת החוטיות, מאחר שעליה בריכוז החלבון מגדילה את ההסתברות שצורות מקופלות חלקית יצמדו זו לזו.
קיפול בלתי נורמלי של חלבון עשוי להיות הגורם לסדרת מחלות יחודיות הנקראות "ספגת המוח" או "מחלות שטיון (סניליות) מדבקות". לסדרה זו שייכות קרויצפלד-יעקב, קורו ואחרות באדם, וכן מחלת "הפרה המשוגעת" וסקרייפי בכבשים. גם כאן יש שקיעה של צורות חוטיות חלבוניות במוח המובילות ליצירת חללים, שטיון ומות, שבדרך כלל מתרחש תוך שנה מהופעת סימני המחלה הראשונים. מחלות אלו כונו מחלות "פריון" ע"י סטנלי פרוזינר (שזכה לאחרונה בפרס וולף). חלבוני הפריון מופיעים בשתי צורות - האחת מקופלת בצורה נכונה, והשניה - בה מופיעות שרשראות החלבון בצורה בלתי נכונה - שוקעות באגרגטים בתאי המוח. מנגנון היוצרות המחלות עדיין אינו ברור, אך התאוריה טוענת, שכשצורה בלתי נורמלית נתקלת בצורה נורמלית, היא גורמת לה להפוך לצורה הבלתי נורמלית גם כן. כך ניתן להסביר איך נגרמת המחלה ע"י הזרקת הצורה הבלתי נורמלית למוחות בעלי חיים.
 |
| מוטציה או הפרדה בקפול הנורמלי מובילות לאגרגציה במקום לקפול נכון |
הבנת מנגנון יצירת העמילואיד ביתא עשוי להוביל לפתוח שיטות למניעת תהליך זה ולמעשה לריפוי מחלות אלה. חומרים שימנעו את הקיפול הבלתי נורמלי, עשויים למנוע את הצטברות החלבון והתפתחות המחלות. הדרך המוצעת היא למצוא מולקולות קטנות או חלבונים, שיצמדו לצורות הביניים בלבד וימנעו את הידבקותן זו לזו. אכן חברות התרופות מנסות גישה זו, אך עד עתה אין פרסומים בנושא והדרך לפתרון בוודאי עדיין ארוכה.
 |
|
ד"ר איתן ישראלי - המכון למחקר ביולוגי בישראל
פורסם ב"סינתזיס" 13, עמ' 27-26, יוני 1996
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה