מחקר בינתחומי מיישם עקרונות מאקולוגיה וביולוגיה של סרטן

שיחה על כוס קפה בין פרופ' ברק רוטבלט, חוקר גנטיקה מהמחלקה למדעי החיים באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, לד"ר שי פילוסוף, חוקר אקולוגיה ורשתות באותה המחלקה, הציתה את הדמיון של ד"ר פילוסוף. "ברק סיפר לי על מחקר שלו שעוסק באינטראקציות בין חלבונים וזה יצר אצלי קישור לאינטראקציות בין מינים", הוא משתף. "החלטנו לבדוק שילוב של השיטות והתאוריות מאקולוגיה בחקר סרטן."

מכאן יצא לדרך המחקר הבין-תחומי, שמיישם עקרונות מאקולוגיה בביולוגיה של סרטן. המחקר התמקד במיטוכונדריה, איבר קטן בתוך התא שמווסת את הפעילות המטאבולית שלו בחלבונים מסוג צ'פרונים. תפקיד הצ'פרונים לוודא שחלבונים אחרים מתפקדים בצורה נכונה ולמנוע הצטברות שלהם בצורה לא תקינה.

מה שלא היה ידוע לגבי המיטוכונדריה, זה אילו חלבונים תלויים באילו צ'פרונים לקיפול שלהם, לטובת יצירת מבנה תלת-ממד. נתון זה משמעותי לאור העובדה שמידע זה פותח פתח לפגיעה במספר חלבונים במקביל. על ידי פגיעה בצ'פרון בו הם תלויים, ניתן לשלוט בפעילות המטאבולית של התא, ממש כמו בטיפול בסרטן.

החוקרים שיערו שאם חלבון תלוי בצ'פרון מסוים לקיפול שלו, אז כאשר התא מעלה פעילות לחלבון מסוים, הוא יעלה את הפעילות של הגן המקודד לצ'פרון מאחר וזה חשוב לקיפול של אותו חלבון. יש הכרח שלא יחסר צ'פרון על מנת שיהיה מי שיקפל את החלבון החדש שנוצר. לשם כך, החוקרים נעזרו בנתונים שנאספו מאלפי גידולים של חולים ב-15 סוגי סרטן שונים.

בנוסף, נעשה שימוש בתאוריה של רשתות אקולוגיות שהופעלה על רשתות החלבונים, שבעזרתה התגלתה רשת של צ'פרונים וחלבונים שמחולקת לשתי קבוצות עם קישוריות ביניהן. רשת זו אפשרה לערוך סימולציה, שנועדה להבין כיצד ההסרה או השארת צ'פרונים משפיעה על יציבות הרשת. במהלך הניתוח, הצ'פרונים הוסרו אחד-אחד מהרשת כדי לכמת את קצב הקריסה שלה.

שיטה זו מאפשרת לתכנן טיפול המיועד למקרים שיש צורך בקריסה מהירה של הרשת כולה או בשימור המבנה הכללי של הרשת, תוך פגיעה בקבוצת חלבונים מסוימת בלבד. הבנה זו הכרחית לקידום רפואה מותאמת אישית והכוונת הטיפול למצבו של חולה מסוים.

הבנת מבנה הרשת והאינטראקציות בין החלבונים וצ'פרונים במיטוכונדריה עשויה לאפשר פיתוח של תרופות יעילות בצורה משמעותית לטיפול בסרטן באופן ממוקד ומותאם אישית, בהתאם לסוג הסרטן ולמבנה הרשת המסוים בתאי הסרטן בכל מקרה לגופו.

"מה שיפה במחקר זו האינטרדיצפלינריות", אמר ד"ר פילוסוף, "השילוב של אקולוגיה הוסיפה להבנות בתחום הביולוגיה של הסרטן". 

"תוצאות המחקר פותחות דלת להיפותזות חדשות הנוגעות לאקולוגיה והתפתחות של רשתות בין חלבונים ויכולות לסייע בפיתוח אסטרטגיות טיפול ממוקדות לסרטן'' , סיכם פרופ' רוטבלט.

ממצאי המחקר התפרסמו בכתב העת היוקרתי Nature Communications.

מחקר זה נתמך ע"י הקרן הישראלי למדע (מס' מענק 1436/19 שהוענק לפרופ ברק רוטבלט ומספר מענק 1281/20 שהוענק לדר שי פילוסוף), האגודה למלחמה בסרטן, וה-NIH.

המחקר כלל ניתוח נותנים ממאגרי המידע the cancer genome atlas (TCGA) ומאגר היטוכונדרמיה MitoCarta 2.0.

קבוצת המחקר כללה חוקרים ממחלקת מדעי החיים באוניברסיטת בן-גוריון בנגב בישראל, ממחלקת המתמטיקה באוניברסיטת דרמות׳ בארצות הברית ומהמכון הלאומי לביוטכנולוגיה בנגב בישראל. על ידי שילוב ידע מתחומים שונים, החוקרים יכלו לחקור את המבנה והעמידות של רשת החלבונים בצורה מקיפה ומעמיקה.