פריונים יש מאין - דינה צפרירי

צוות בראשותו של סטנלי פרוסינר יצר את גורם מחלת ״הפרה המשוגעת" במבחנה

במחקר שנערך במעבדתו של סטנלי בן פרוסינר (Prusiner), חתן פרס נובל לרפואה, ב-1997, ושפורסם ב-30 ליולי 2004 , בעיתון המדעי Science, הוכחה למעשה התיאוריה בשלה זכה פרוסינר בפרס (וראו: מרית סלוין - ״פרס נובל: הפריונים המתעתעים׳׳). 

הסיפור החל בשנת 1920, כאשר איבחן הנוירופתולוג הגרמני, הנס גרהרד קרויצפלד (Creutzfeldt) מקרה של הפרעה מנטלית מתקדמת בחולה בת 23. לאחר שאובחנו מקרים נוספים של הפרעות שהתבטאו במערכת התנועתית, השתמשו החל מ-1922 בכינוי מחלת קרויצפלד -יעקוב (CJD) על מנת לתאר מספר מחלות ניווניות של מערכת העצבים המרכזית (וראו: רות גביזון ואלברט טרבולוס -״חידת הפריונים״),  ב-1950 התגלתה בפפואה-גינאה החדשה מחלה מוזרה שכונתה קורו (kuru) שנגרמה כתוצאה מאכילת מוחותיהם של נפטרים, מסיבות טקסיות. כאשר התבררה בשנות השישים של המאה הקודמת יכולת ההעברה של מחלות אלה לשימפנזים, ניתן להן השם מחלות מוח ספוגיות הניתנות להעברה (transmissible spongiform encephalopathy, TSE) ואליהן הצטרפו מחלה המכונה סקרפי (scrapie) הפוגעת במוחותיהם של כבשים, שהתגלתה ב-1973 בעיקר באנגליה, ומחלת ״הפרה המשוגעת״, מחלת מוח ספוגית שפוגעת בבקר (BSE) שהתגלתה אף היא באנגליה ב־1985. המחלות באות לידי ביטוי באיבוד בקרה על התנועה, ניוון מוחי מתקדם ושיתוק. בשלב מתקדם יותר החולה האנושי נעשה נוקשה, חסר תנועה וחסר יכולת דיבור ותגובה. מחלת קרויצפלד-יעקב מתפתחת בדרך כלל עשר שנים לאחר ההידבקות והחולה שורד כשנה.

הפתולוגיה של המחלה, שאבחונה הוודאי נעשה רק בניתוח שלאחר המוות, מגלה מוח מחורר דמוי ספוג המכיל בועיות ומשקעים חלבוניים דמויי סיבים (כפי שהם נראים במיקרוסקופ אלקטרונים) המכונים עמילואידים על שום שהם נצבעים כמו העמילנים (בצביעה ביוד).

כאמור, עוברות מחלות אלה בעיקר בהדבקה, אם באכילה או בהליכים רפואיים כמו ניתוחים, הזרקות של הורמון גדילה, שהופק בעבר מבלוטות יותרת המוח שנלקח ומגופות, והשתלות קרנית. בשל יכולת ההדבקה הניחו שגורם המחלות הוא נגיף איטי, שזמן הדגירה שלו - הזמן בין ההדבקה להשריית המחלה - ארוך מאוד. הרופא דניאל קרלטון גידוציק (Gajdusek), שקישר בין מחלת הקורו וקניבליזם, קיבל פרס נובל ב־1976 על עבודתו זו, אף כי לא הצליח לבודד את גורם המחלה שלהנחתו היה נגיף איטי. כל הניסויים שנעשו כדי לגלות ולבודד חומצות גרעין המרמזות על הימצאות של חומר תורשתי כלשהו, RNA או DNA, שיצביע על הדבקה נגיפית או חיידקית עלו בתוהו.

המבנה התלת-ממדי של פריון תקין (סליל אלפא -מימין) ושל פריון שהשתנה (משטח בטא -משמאל).
(התמונה מעבודתם של Huang, Prusiner & Cohen).

המרכיב היחיד שבודד הוא חלבון. סטנלי פרוסינר העלה ב-1982 את התיאוריה שכונתה ״רק-חלבון״ לפיה החלבון ורק החלבון (protein-only), מהווה את גורם המחלה והוא זה המעביר אותה מחיה אחת לשנייה. הוא טבע את המונח: פריון (prion) לכל החלקיקים החלבוניים שגורמים למחלות אלו ולהעברתן, חלבונים העמידים בפני כל התהליכים הפוגעים בחומצות גרעין, ועמידים במידה רבה בפני אנזימים מעכלי חלבונים (פרוטאזות).

התברר שהפריונים הם גליקופרוטאינים טבעיים - חלבונים הקשורים לשיירים סוכריים - המצויים על שטח פני התאים, כשחלקם משוקע בתוך קרומית התא. המבנה התלת ממדי של הפריונים התקינים , המכונים PrPc, הוא בעיקרו מבנה חלזוני מסוג סליל אלפא (alpha helix). החלבון מסיס בקלות בממיסים שונים ומעוכל בקלות על ידי פרוטאזות.

התברר שאותו חלבון עצמו יכול להתקפל בצורה שונה מהצורה הטבעית וליצור מבנה מרחבי שטוח המכונה: משטח בטא (beta sheet), בצורתו זו הוא כמעט ואינו מסיס וכאמור, עמיד במידה רבה לעיכול על-ידי פרוטאזות. צורה זו מכונה: PrPsc,  כש-sc מבטא את הצורה המופיעה  במחלת הסקרפי בכבשים ובשאר המחלות.

החלבון, בצורתו זו, מאוד דביק ונקשר למולקולות אחרות של אותו חלבון וכך נוצרים צברים השוקעים בתאים והורסים אותם. אלא שלרוע המזל כאשר החלבון PrPsc בא במגע עם פריון נורמלי הוא נקשר אליו ומשנה את מבנהו והופך אותו מ-PrPc ל-PrPsc, וכך הוא ״מתרבה״ על חשבון החלבונים התקינים.

אולם התיאוריה של פרוסינר, כצפוי בכל תיאוריה חדשה ה מנסה להתמודד עם הסברים לא מקובלים ולא מוכרים, נתקלה בהתנגדות רחבה; שהרי ידוע היה שרק מיקרואורגניזמים מעבירים מחלות ולא ייתכן שחלבון ייקח חלק בחגיגה.

הגן המקודד לחלבון באדם נמצא בכרומוזום 20 ומכונה PRNP, נמצא שיש מחלות הקשורות בפריונים העוברות בתורשה. 15-10 אחוזים ממקרי מחלת קרויצפלד-יעקב עוברים בתורשה ונובעים ממוטציות המופיעות בגן המקודד לחלבון, מוטציות המשנות את מבנהו של החלבון מסליל אלפא למבנה בטא. מוטציות כאלו מוכרות גם במחלות המופיעות בקופים ובעכברים. מעצם מהותו של החלבון גורם המחלה, השינוי בגן הוא דומיננטי -  מספיק שתהיה פגיעה באלל אחד כדי שהמחלה תבוא לידי ביטוי.

התיאוריה של פרוסינר קיבלה דחיפה כאשר בשנת 2000 נמצאו בשמרים שני חלבונים שבצורתם הטבעית, PrPc, הם פעילים ובהפיכתם לצורה PrPsc במבנה  בטא הם יוצרים צברים שהופכים לסיבים עמילואידיים ומאבדים את הפעילות.

ניסויים בהם הראו הפיכה ספונטנית מצורה אחת לצורת הפריונים בחלבון השמר במבחנה אמנם הוכיחו את התיאוריה של פרוסינר, אבל העובדה שעד עכשיו לא הצליחו לחזור על הניסויים עם חלבוני יונקים, הותירה את הספקנים בשלהם בכל הנוגע למקור המחלות בבעלי חיים ובאדם.

הפיכה ספונטנית של חלבון PrPc מנוקה לצורת PrPsc במבחנה הפכה לחיפוש אחר הגביע הקדוש של מדע הפריונים, היות שזו הדרך היחידה להוכיח לספקנים שהחלבון עצמו, ולא שום זיהום של נגיף במוח, האחראי הבלעדי להיווצרות המחלה.

ואכן, נראה שהגביע הקדוש נמצא. צוותו של פרוסינר בראשותו של ג׳וזפה לניאמה (Legname), יצר במבחנה צברים של פריונים, יש מאין. החלבון הופק מחיידקים שהוכנס להם גן מלאכותי, שנלקח מעכברים כדי למנוע כל אפשרות של זיהום נגיפי מהמוח. מאחר שרק חלק קטן מהחלבון נחוץ על מנת ליצור את הצברים העמילואידיים המועשרים במבנה הבטא, יצרו החוקרים בשיטות של הנדסה גנטית עכברים טרנסגניים שמבטאים חלבון מלאכותי קצר יותר ללא הקצה האמיני ובכמות גדולה בהרבה מהכמות הרגילה.

החלבון שנוצר בחיידקים מהגן המקוצר נוקה והורחף בתמיסת מלח במבחנות. עם שקשוק המבחנה החלו להיווצר בה סיבים עמילואידיים. סיבים אלה הוזרקו למוחותיהם של העכברים הטרנסגניים, במקביל לעכברים בקבוצת ביקורת שקיבלו הזרקות של תמיסת מלח ללא הסיבים.

העכברים שקיבלו עמילואיד פיתחו מחלה נוירולוגית, שהתבטאה בשלבים הראשונים בהילוך מתנודד, בפרווה לא מטופחת ובזנב  נוקשה בין 380 ל־660 ימים אחרי ההזרקה. בעוד העכברים שהוזרקה להם תמיסת מלח לא הראו כל סימני מחלה עד אחרי 620 ימים מההזרקה. במיצוי מוחם שלהעכברים, שזמני ההדגרה אצלם היו בסביבות 400 יום, ובהרצת המיצויים על ג׳ל קביעת חלבונים התקבל פס של חלבון PrPsc עמיד לעיכול על-ידי פרוטאזות, בעוד החלבון שמוצה מעכברי הביקורת לאחר 500 יום עוכל כולו על-ידי האנזימים.

בהזרקת מיצוי המוחות של העכברים שחלו למוחם של עכברים חדשים נורמלים (זן הבר) והעכברים המהונדסים המבטאים כמות גדולה יותר של חלבון נורמלי PrPc, התפתחה המחלה תוך 154 יום ו-90 יום בהתאמה.

מאחר שכמות העמילואיד המוזרק נמצאת ביחס ישר לזמן הדגירה, הרי שכמות העמילואיד שהתפתחה במבחנה היתה קטנה יחסית לכמות שנוצרה במוחות העכברים לאחר זמן הדגירה.

לדברי פרוסינר הממצאים מסבירים את דרך התפתחותן הספונטנית של מחלת קרויצפלד-יעקב ומחלות נוספות המופיעות בבעלי חיים הקשורות בפריונים ושאינן תורשתיות. אולם המבקרים טוענים שהניסויים אינם מבוקרים דיים. ואכן גם לדברי צוותו של פרוסינר התוצאות עדיין ראשוניות ודרושים ניסויים נוספים לקבלת הוכחה ניצחת של התיאוריה.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 73, ספטמבר 2004.