האם לפריונים תכונות טובות? - רויטל לביא

פְּריוֹנים הם סוג מיוחד של גורם מידבק, המורכב מחלבון בלבד. מחלות פריונים נגרמות כאשר חלבון רגיל אך מסתורי מתקפל באופן שגוי והופך להיות קטלני. חוקרי מחלות הפריונים דוגמת הפרה המשוגעת תהו מדוע חלבון תקין, הקרוי PrP מתקפל באופן שגוי ותוקף את רקמת המוח. מחלות פריונים הן נדירות מאוד, אבל PrP לא. הוא מצוי בכל הגוף, מהדם ועד למוח. שנים רבות יודעים המדענים מה קורה כאשר החלבונים האלה משתבשים. כעת מתחילים להבין מה קורה כאשר החלבון התקין פועל כשורה.

חלבון פריון, PrP, מקופל בצורה תקינה (משמאל) ובצורה שגויה (מימין)

מחקרים שנערכו לאחרונה מרמזים כי פריון, שכאשר הוא פגוע גורם למחלה ניוונית הקרויה ספגת המוח (bovine spongiform encephalopathy, ובקיצור BSE) בבקר ולמחלת קרויצפלד-יעקב (Creutzfeldt-Jakob) בבני-אדם, נחוץ למעשה לתפקוד תקין של המוח.

המדענים שיערו שחלבון שנשמר במינים כה רבים חייב להיות מעורב בתפקוד כלשהו, ויש בו תועלת. בשנת 1993 יצרו חוקרים מקבוצתו של צ'רלס ויצמן (Weizmann) זן של עכברים שבהם הגן שמקודד ל-PrP היה חסר (knocked out), ולא התבטא כלל ברקמות העכברים. העכברים המוטנטים לא לקו במחלות התנוונות עצבית התלויות בפריונים, גם כאשר הודבקו בהן. החוקרים הבינו שהחלבון PrP נחוץ ליצירת מחלות מסוג הפרה המשוגעת, אך לא יכלו להסיק מכך מהו תפקודו התקין.

שני מאמרים שהתפרסמו בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences מציעים התחלה לפתרון הבעיה. החוקרים מצאו ש-PrP מתבטא על פני תאי גזע במוח העצם ועל תאים קדם עצביים - תאים שיתמיינו לנוירונים. בשניהם PrP משתתף בהתבגרות תאים אולם מה זה אומר בדיוק ואיך זה מתרחש לא הבינו. המאמר שופך אור על מה הופך PrP לפריון.

המחקר התחיל במעבדתו של הרווי לודיש (Lodish), חוקר תאי גזע במכון למחקר ביורפואי בקימברידג, מסצ'וסטס. החוקרים התלבטו איך לגרום לתאי הגזע של העכברים בתרבית להמשיך ולהתחלק. חוקר אחד שם לב שעל פני תאים המסייעים לתאי גזע המטופוייטים להתחלק וגם על פני תאי הגזע עצמם מתבטא החלבון PrP בכמות גדולה. לודיש וחבריו יחד עם סוזן לידקוויסט וקבוצתה בדקו עכברים חסרי PrP ומצאו שיש להם מערכת דם תקינה ובריאה. הם יכלו לחשוב של- PrP אין תפקיד או שקיים חלבון המפצה על חוסר המצאות PrP והשומר על מערכת דם מתפקדת כראוי. המדענים החליטו לבדוק פעילות המערכת ההמטופוייטית של בעלי החיים תחת עקה (stress) כדי לבדוק אם ל- PrP תפקוד בהתפתחות התאים.

החוקרים הקרינו את העכברים כדי להרוס את מוח העצם, בעכברים המוקרנים שתלו תאי גזע המטופוייטים. במחציתם שתלו תאים מעכברים חסרי PrP ומחציתם מעכברים בעלי PrP. אחרי כמה חודשים, עכברים אלה היו התורמים לקבוצה חדשה של עכברים מוקרנים. ה חוקרים בדקו האם תאי גזע חסרי PrP מאכלסים מחדש את מערכת הדם באותו אופן ובאותה מהירות כמו תאי גזע בעלי PrP. אם תאי PrP ותאים חסרי PrP זהים, אזי חצי מהעכברים יהיו בעלי תאים הנושאים את הסמן PrP על פניהם וחצי יהיו בעלי תאים חסרי PrP. אחרי ההשתלה השלישית נמצא ש- 71% מתאי הדם במחזור נשאו סמן PrP, לכן ככל הנראה תאים בעלי סמן PrP מתרבים מהר יותר במערכת הדם. כאשר החוקרים השתמשו ברטרו-וירוס הנושא PrP שיוכל להחדיר את החלבון החסר לתאי הגזע ההמטופייטים, יכולת תאי הגזע להתחלק ולהתבגר שוקמה. האם תפקוד החלבון טרנזיאנטי (לזמן קצר) או שהוא נחוץ לאורך על חיי תאי הגזע? האם התבטאות PrP לבדו מסבירה את התוצאות? עדיין לא ברור.

בהסתמך על מידע זה, חוקר אחר, ג'פרי מקליש (Jeffrey Macklis) מאוניברסיטת הרווארד חיפש קשר דומה בין PrP לתאים במוח שם הפריון נפוץ הרבה יותר. הוא תהה האם ל-PrP יש חלק בהתבגרות תאי עצב.

ראשית בדקה הקבוצה האם תאי קדם במערכת העצבים המרכזית של עכברים בריאים מבטאים PrP. נמצא כי PrP מתבטא בכמויות גדולות גם בנוירונים בוגרים אך לא נמצא בסוגים אחרים של תאים במוח דוגמת תאי גליה. החוקרים בדקו את השפעת PrP על נוירוגנזה - תהליך היווצרותם של תאי עצב חדשים במוח העובר. נבדקה רקמת מוח עוברית משלושה סוגים של עכברים: עכברים שבהם הגן אינו קיים כלל (knocked out), עכברים שהגן מתבטא בהם באופן מוגזם ונוצר הרבה PrP, ועכברים רגילים - קבוצת הביקורת.

החוקרים בודדו תאי-קדם - תאים בשלב מוקדם של התמיינות, שיהפכו לנוירונים בוגרים - וגידלו אותם בתרבית. נמצא כי תאים מקבוצת העכברים חסרי הגן PrP נשארו בשלב הקדם זמן ממושך בהשוואה לתאי הביקורת. בצלחות פטרי תאים מעכברים ש-PrP התבטא בהם באופן מוגזם החלו ליצור נוירונים בוגרים כמעט מיד 26% מתאי קדם עצביים מעכברים הפכו לנוירונים, בהשוואה ל- 18% בעכברי ביקורת ו- 14% בעכברים חסרי PrP.

ממצאים נוספים מרקמות עכברים שהונדסו כך שייצרו כמות גדולה של PrP ומעכברים חסרי PrP מציעים כי PrP עוזר בהחלטה של תא קדם עצבי, להפוך לנוירון. ככל שכמות ה-PrP היתה גדולה יותר, כך תאי הקדם הפכו מהר יותר לנוירונים. לפיכך נראה, כי לצורה התקינה של החלבון יש חשיבות בנוירוגנזה. כמות ה-PrP קובעת את מהירות הפיכת תאי הקדם לנוירונים, אך איננה משפיעה על כמות הנוירונים הסופית במוחם של עכברים בוגרים מכל הסוגים, דבר המעורר מבוכה ובלבול לגבי תפקודו התקין של PrP. נראה כי PrP מסייע בהתמיינות עצבית, כמו גם גורמים אחרים.

כעת החוקרים מקווים לחשוף את תפקודו הייחודי של PrP כפי שנעשה במערכת ההמטופוייטית. במקום להשתיל תאי גזע, העכברים ימצאו באזורים מאתגרים ומגרים, המעודדים צמיחה של נוירונים רבים. במקום כלובים ריקים יהיו בהם גלגלי תרגול, כותנה לבנית קינים, חטיפי גרנולה מוחבאים. יעכבו אחרי העכברים ויבדקו האם עכברים חסרי PrP אכן מפתחים פחות נוירונים.

ד"ר רויטל לביא - המחלקה למדעי הטבע והחיים, האוניברסיטה הפתוחה. 

פורסם באתר האינטרנט של הקורס "התא- מבנה ופעילות", האוניברסיטה הפתוחה - 2006.