עושים תיקון
המאמר באדיבות מכון וייצמן למדע

כיצד מצליח אחד ממנגנוני התיקון של הדי-אן-אי להימנע מיצירת מוטציות?
פרופ' איתן דומאני ופרופ' ליבנה. מנגון ה"בזק"
פרופ' איתן דומאני ופרופ' צבי ליבנה. מנגון ה"בזק"

  פרופ' איתן דומאני ופרופ' ליבנה. מנגון ה"בזק"

בכל יום סופג הדי-אן-אי שבגופנו כ-50,000 פגיעות. גורמי הנזקים העיקריים הם תוצרי לוואי מסוימים של תהליכי חילוף החומרים בגופנו, וכן גורמים חיצוניים כמו קרינת השמש, עשן טבק וזיהום אוויר. מנגנונים מיוחדים אשר פועלים בתאי הגוף מתקנים את הנזקים שנגרמים לדי-אן-אי, ומונעים בכך התפתחות מחלות כגון סרטן, כשלים במערכת החיסונית, הזדקנות מוקדמת, ניוון של תאי עצב ועוד. מנגנוני התיקון האלה פועלים בהתאם לסוג הנזק, ולמידת חומרתו. פרופ' צבי ליבנה, מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, בוחן את מנגנוני התיקון האלה. במאמר שפורסם באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Communications מתארים פרופ' ליבנה ושותפיו למחקר כיצד עלה בידם לפענח את הבסיס המולקולרי של אחד מהמנגנונים האלה, האחראי לתיקוני "בזק" של נזקי די-אן-אי בתאי יונקים. תובנות אלה עשויות לסייע בפיתוח שיטות טיפול עתידיות בסרטן, ובמיוחד בלוקמיה מיאלואידית חריפה.

פרופ' ליבנה אומר, שתא שנגרמו בו נזקים לדי-אן-אי יכול לבחור בין שני מסלולי תיקון – מסלול איטי ושיטתי אשר מתקן בדיוק רב את החלק הפגום, או מסלול מהיר ופחות קפדני, שהפעלתו כרוכה במחיר מסוים: עלולות לחול בו טעויות, שמשמעותן היא היווצרות מוטציות שעלולות להוביל להתפתחות מיגוון מחלות, ואפילו לגרום מוות. אלא שבפועל, מספר המוטציות המתחוללות כתוצאה מפעילות המנגנון הזה קטן יחסית. כיצד מצליח מנגנון ה"בזק", שאינו מדויק, להימנע מיצירת מוטציות רבות? במחקר קודם שביצעו פרופ' ליבנה וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה, התגלה שמנגנון זה מושתת על מעט פחות מעשרה אנזימים משכפלי די-אן-אי (די-אן-אי פולימרז), שכל אחד מהם מותאם להתמודד עם סוג מסוים של נזק לדי-אן-אי, ובכך מפחית את הסיכוי לטעויות. פולימרז אטא, לדוגמה, מתקן את הנזק שנגרם מאור השמש. אבל כאן עלתה שאלה מורכבת חדשה: מהו המנגנון שמווסת את המערכת, ודואג לכך שפעילות הפולימרזות תתבצע כמתוכנן? או, במילים אחרות: מי הוא "סדרן העבודה" שיודע לשגר לכל משימת תיקון את ה"מומחה" המתאים?

עומר זיו                        
עמית צייזל
     
  
רק חלק קטן מהגנים המווסתים את פעולתו של מנגנון תיקוני ה"בזק" ידוע. כדי לזהות גנים מווסתים חדשים, פיתחו פרופ' ליבנה ותלמיד המחקר עומר זיו – בשיתוף עם פרופ' איתן דומאני ותלמיד המחקר לשעבר עמית צייזל, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות – שיטה חדשנית לגילויים. הם השתמשו בתרביות של תאי אדם שהתקבלו מחולים בהם היה תיקון הנזקים המדויק פגום, ולכן, כאשר בחנו את תגובת התרביות לנזקים שנגרמו כתוצאה מחשיפה לקרינה אולטרה-סגולה, הם הסתמכו, במידה רבה, על מנגנון תיקון ה"בזק". בניסוי הם "כיבו" בזה אחר זה 1,000 גנים שונים, וחיפשו את התאים שהתאפיינו בשיעור הישרדות חריג (גבוה או נמוך). בשלב השני הם בחנו 240 גנים שגילו הישרדות חריגה, ובחנו אותם באמצעות שיטה חדשה, אותה פיתחו לצורך מדידת תיקון ה"בזק". אסטרטגיה זו הובילה לזיהויים של 17 גנים אשר ממלאים תפקיד בהפעלתו של מנגנון תיקוני ה"בזק" בתאי יונקים.

בהמשך התמקדו המדענים ב-NPM1 – אחד הגנים שזיהו, המקודד חלבון בעל מספר תפקידים, הקרוי "נוקליאופוסמין". בין היתר התברר, ש-NPM1 מווסת את מנגנון תיקוני ה"בזק" באמצעות קשר פיסי שהוא יוצר עם פולימרז אטא. בהעדר נזק לדי-אן-אי, נקשר NPM1 לפולימרז אטא ו"נועל" אותו. בכך הוא מונע ממנו לפעול שלא לצורך (דבר שבתנאים מסוימים עלול אפילו לגרום נזק), ו"מאחסן" אותו לשעת חירום. אבל כאשר נגרם לדי-אן-אי נזק מהסוג שפולימרז אטא "מומחה" בתיקונו, ה-NPM1 "משחרר" אותו, ו"משגר" אותו לפעולה.

המדענים גילו, שמחסור ב-NPM1 גורם להפחתה ברמות פולימרז אטא, ומוביל להיחלשות ביכולת ההתמודדות של התאים עם נזקי הדי-אן-אי. הגנים הנוספים שגילו המדענים עשויים למלא תפקיד דומה בבלימתן או בהפעלתן של הפולימרזות האחרות הכלולות ב"ארגז הכלים" של מנגנון תיקוני ה"בזק". בנוסף, הם גילו כי בקו תאים שנגזר מחולה לוקמיה מיאלואידית חריפה הנושא מוטציה ב-NPM1 (וכ-30% מכלל החולים נושאים מוטציה זאת), אכן קיים מחסור בפולימרז אטא, בשל פירוק יתר הנגרם עקב העדרו של נוקליאופוסמין תקין. המדענים מקווים, שבקרוב יוכלו לבחון את הממצאים הללו בחולי לוקמיה מיאלואידית חריפה.

משתתפים נוספים במחקר: נטליה מירלס-נייסברג, ד"ר אומקנטה סווין, ד"ר רינת נבו, וד"ר ניר בן שטרית ממכון ויצמן למדע; פרופ' ברונאנג'לו פליני, ד"ר מריה פאולה מרטלי, ורוברטה רוסי מאוניברסיטת פרוג'ה, איטליה; פרופ' ניקולס ג'יאסינטוב מאוניברסיטת ניו-יורק, ארצות הברית; פרופ' תומס קארל וסטפן שיסר מאוניברסיטת לודוויג מקסימיליאנס במינכן, גרמניה; ופרופ' קריסטין א. קנמן מאוניברסיטת מישיגן, ארצות הברית.

 NPM1 בא במגע עם פולימרז אטא ומווסת את מנגנון תיקון ה"בזק". ניתוח פולימרז אטא ו-NPM1 בתאים שספגו קרינה אולטרה-סגולה – ובתאי ביקורת שלא הוקרנו. בכחול: הדי-אן-אי בגרעין התא; בירוק: אזורי המגע בין פולימרז אטא ו-NPM1
 
NPM1 בא במגע עם פולימרז אטא ומווסת את מנגנון תיקון ה"בזק". ניתוח פולימרז אטא ו-NPM1 בתאים שספגו קרינה אולטרה-סגולה – ובתאי ביקורת שלא הוקרנו. בכחול: הדי-אן-אי בגרעין התא; בירוק: אזורי המגע בין פולימרז אטא ו-NPM1
NPM1 בא במגע עם פולימרז אטא ומווסת את מנגנון תיקון ה"בזק". ניתוח פולימרז אטא ו-NPM1 בתאים שספגו קרינה אולטרה-סגולה – ובתאי ביקורת שלא הוקרנו. בכחול: הדי-אן-אי בגרעין התא; בירוק: אזורי המגע בין פולימרז אטא ו-NPM1