מהרחם אל האוויר: התיאום הגנטי שמניע את החיים

ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת Genome Research.

התא הינו יחידת החיים הבסיסית של כל יצור חי. במידה וחלק בו נפגם, כל הגוף נפגע. כל תא שכזה מורכב מחלקים פנימיים המשותפים לכל היצורים החיים באבולוציה. אחד מהאיברים הפנימיים החשובים ביותר של התא הוא המיטוכונדריון, שהוא 'מעין 'תחנת הכוח'' של התא ומפיק עבורו את האנרגיה הדרושה לו לתפקוד.

במחקר שנערך במהלך 24 חודשים, פרופ' דן מישמר וד''ר הדר מדיני, מהמחלקה למדעי החיים באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, בדקו את מנגנון התיאום בין הגרעין, 'המוח של התא', ואופן ההתקשרות שלו עם המיטוכונדריה. המחקר בחן את התיאום הגנטי הן לפני רגע הלידה (או הבקיעה) וגם לאחריה.

על מנת לבחון את מנגנון תיאום זה, ניתחו החוקרים מעל 1400 דגימות גנטיות (RNA-seq) של רקמות שונות כמו מוח, לב או כבד,  במינים שונים של בע''ח. בכלל זה חרקים, לטאות, צפרדעים, ויונקים (כולל בני אדם). החוקרים בחנו את רמות הביטוי של גנים מהגרעין ומהמיטוכונדריה, במיוחד כאלה שמעורבים בייצור אנרגיה (OXPHOS), והשוו את הביטוי במהלך ההתפתחות העוברית לפני ואחרי הלידה (הבקיעה מהביצה). השיטה הזו אפשרה לחוקרים להבין האם העלייה בביטוי הגנטי של המיטוכונדריה מייצג מנגנון אבולוציוני כללי שאופייני לכל היצורים המורכבים בכל הרקמות.

''שאלת המחקר עסקה בתיאום בין המיטוכונדריה לגרעין", הסביר פרופ' מישמר. "זו שאלה חשובה, מאחר וללא מיטוכונדריה אי אפשר לחיות. התיאום הזה עדיין מאוד מעורפל ובשדה המדעי לא היה ברור אם הוא באמת חשוב, ואם כן, האם הוא מתרחש ישירות או בעקיפין. זו פעם הראשונה הראינו שלתיאום הזה יש חשיבות במעבר מהעובר ליילוד. המעבר הזה חשוב לא רק לבני אדם אלא גם ליצורים אחרים לאורך האבולוציה.''

תוצאות המחקר שופכות אור על רגע הלידה והשלכותיו על התא. לפני הלידה העובר נמצא במקום דליל בחמצן ומיד לאחר שהוא נולד, היילוד פוגש  בכמות חמצן גבוהה. עובדה זו ''מכריחה'' את הגוף להתמודד בזמן מאוד קצר עם השינוי הקיצוני הזה. העלייה של הייצוג הגנטי במיטוכונדריה משקפת את הצורך הגדול של הגוף בהפקת אנרגיה רבה לאחר הלידה.

''החידוש המרכזי במחקר הוא עצם זיהוי העלייה המתואמת בין ביטוי של גנים מיטוכונדריאליים וגרעיניים לאחר הלידה לאורך האבולוציה ולא רק ביונקים", סיפרה ד''ר מדיני. "המחקר מראה שהתיאום הזה מייצג כנראה מנגנון אבולוציוני שמור שמאפשר לכל בעלי החיים לשרוד את הרגע הכי קריטי, הלידה או הבקיעה. עצם הממצא של עלייה זו בביטוי גנים במגוון מינים מפותחים יותר או פחות, זהו חידוש חשוב לעבר העתיד בתחום.''

תוצאות המחקר משליכות על מחקרים עתידיים ואולי בעתיד אף יתאפשר לגלות שמאחורי צאצאים שנולדים עם פגם מסוים, קיימת בעיה במנגנון תיאום זה. ''ברגע שנבין את המנגנון מאחורי התיאום, נוכל להבין טוב יותר את החיים עצמם. פגיעה בתיאום יכולה להוביל למחלות  כולל סרטן, מחלות תורשתיות, ואפילו השלכות על קוביד-19, נתון שהראינו לפני 4 שנים", סיכם פרופ' מישמר.

מחקר זה נתמך ע"י מענקים מקרן הלאומית למדע (ISF) והצבא האמריקאי (ARO).

לצפייה בתמונת הביטוי הגנטי במהלך התפתחות טרום לידתית ואחרי לידה בבעלי חוליות