מדענים ממכון Ruđer Bošković (RBI) בזאגרב, קרואטיה, גילו כי החלבון CENP-E, שסברו זמן רב כי הוא פועל כמנוע הגורר כרומוזומים למקומם במהלך חלוקת התא, למעשה ממלא תפקיד שונה לחלוטין בתנועת הכרומוזומים. זה מייצב את ההצמדות הראשונות של הכרומוזומים ל"מסלולים" הפנימיים של התא, ומבטיח שהם מסתדרים נכון לפני חלוקתם. במחקר קשור, מדענים מצאו שמבנים קטנים בתוך התאים שלנו, המכונים צנטרומרים, שפעם חשבו שהם פועלים באופן עצמאי, עוזרים להנחות את החלבון המרכזי הזה שמבטיח חלוקת תאים נכונה. הממצאים הופכים שני עשורים של הבנת ספרי לימוד ונושאים השלכות גדולות על מדעי החיים, שכן טעויות בתהליך זה מדגישות סוגי סרטן ומחלות גנטיות רבות.
בכל שנייה, טריליוני פעמים, הגוף שלך שולף משהו שהוא לא פחות מנס. תא בודד מתכונן להתחלק, נושא שלוש מיליארד אותיות של DNA, ואיכשהו מבטיח ששני תאי הבת יקבלו עותקים מושלמים.
אם האיזון הזה יעזור, ההשלכות הן מיידיות וקשות. כרומוזום בודד שלא במקומו יכול לדרדר את ההתפתחות, לתדלק אי פוריות או לעורר סרטן. חלוקת תאים היא אחד המשחקים הכי לא סלחניים של הביולוגיה.
במשך שנים חשבו מדענים שהם זיהו לפחות אחד משחקני המפתח שלה: CENP-E, המתואר כמנוע סוס עבודה שגורר כרומוזומים תועים למרכז התא לצורך חלוקה מסודרת. הסיפור היה מסודר, אלגנטי ושגוי.
שני מחקרים חדשים מ-RBI, שפורסמו ב תקשורת טבע ובהנהגת ד"ר קרונו וקושיץ' ופרופסור איווה טוליץ', פירקו את המודל הזה והציעו דרכים חדשות להסדרה שלו. ד"ר Vukušić, כוכב עולה בביולוגיה של התא, השלים את הכשרתו הפוסט-דוקטורט בצוות יוקרתי של ERC Synergy ומתכונן להקים קבוצת מחקר משלו ב-RBI. פרופ' טוליץ', ביולוג תאים בעל שם עולמי וראש המעבדה לביופיזיקה של תאים ב-RBI, קיבל שני מענקי ERC והוא חבר ב-EMBO וב-Academia Europaea. יחד, המומחיות והחזון שלהם הניעו את המחקר פורץ הדרך הזה, וחשפו ש-CENP-E אינו ה"שריר" של הפעולה, אלא הרגולטור החסר – הגורם שמעביר את המתג ברגע הנכון, ומאפשר לכוריאוגרפיה הסלולרית להתפתח.
CENP-E אינו המנוע המושך את הכרומוזומים למרכז. זה הגורם שמבטיח שהם יכולים להיצמד כראוי מלכתחילה. בלי התייצבות ראשונית זו, המערכת נתקעת".
ד"ר Kruno Vukušić, מכון Ruđer Bošković
עיר של תנועה אינסופית
תארו לעצמכם את שעת העומס בעיר הגדולה ביותר, אתם יכולים לדמיין מיליוני מכוניות, מיליוני צמתים. טעות אחת יכולה לנעול את המערכת כולה.
כעת כווץ את התמונה לקנה המידה המיקרומטר של תא. כרומוזומים הם רכבות, שכל אחת מהן נושאת מטען DNA. המיקרוטובולים, הסיבים הדקים של שלד התא, הם המסילה. כדי שהחלוקה תצליח, כל רכבת חייבת להינעל על הפסים המגיעים מהכיוון הנכון ולעמוד בתור בתחנה המרכזית.
הדגם הישן ליהק את CENP-E כקטר, וגרר נפטרים למקומם. צוות זאגרב מצא משהו עדין יותר: CENP-E הוא לא הרכבת אלא אלמנט הצימוד החסר, המנגנון המבטיח שהטרמפ חזק מספיק כדי להחזיק. בלעדיו, רכבות נעצרות בקצה התחנה, לא יכולות להתקדם.
כשהאורות מסרבים להשתנות
מדוע הכרומוזומים מהססים בקצוות? התשובה טמונה ב-Aurora kinases, משפחה של חלבונים שמתנהגים כמו רמזורים נלהבים מדי. הם מציפים את התא באותות "אדומים", מערערים התקשרויות מוקדמות ומונעים מהכרומוזומים להינעל מוקדם מדי במקום הלא נכון.
הגנה זו מונעת שגיאות ליד הקטבים של התא, אך גם מסתכנת ביצירת יותר מדי אדום ולא מספיק ירוק. כאן, CENP-E נכנס פנימה. על ידי אפנון האותות, הוא מקל על האור לירוק מספיק כדי שהכרומוזומים יתפסו. ברגע שהחיבור היציב הראשון נוצר, השאר בא באופן טבעי: הכרומוזומים מתיישרים באמצע, מונחים על ידי גיאומטריית ציר ודינמיקה של מיקרוטובוליות.
"זה לא קשור לכוח גס", מסביר טוליץ'. "מדובר ביצירת התנאים שהמערכת תפעל בצורה חלקה. תפקיד המפתח של CENP-E הוא לייצב את ההתחלה, וברגע שזה קורה, שאר המיטוזה מתפתחת בצורה נכונה".
סיפור ספר לימוד נפרם
במשך כמעט עשרים שנה, ספרי לימוד בביולוגיה לימדו את הסיפור הפשוט יותר של CENP-E כחלבון מוטורי המושך מטען לצלחת המטאפאזה. מחקר זאגרב מאלץ שכתוב.
"קונגרס, יישור הכרומוזומים, קשור באופן מהותי לביאוריינטציה", אומר טוליץ'. "מה שאנחנו מראים הוא ש-CENP-E לא תורם משמעותית לתנועה עצמה. תפקידה המכריע הוא לייצב את ההצמדות הקצה-על בהתחלה. זה מה שמאפשר למערכת להתנהל נכון".
זהו שינוי מהותי במסגור: הרחק מכוח ותנועה, לכיוון ויסות ותזמון. ולשינוי הזה יש השלכות הרבה מעבר לכיתה.
למה זה חשוב
לזרים, ההבחנה עשויה להיראות עדינה. בביולוגיה, הפרטים חשובים. שגיאות בהפרדת כרומוזומים הן מאפיין מכריע של סרטן. תאי גידול הם טלאים של כפילויות ומחיקות של כרומוזומים שלמים או מקטעים שלהם, כל אחד מהם מלווה בכשל במערכת התעבורה הסלולרית.
על ידי הצגת התפקיד העיקרי של CENP-E הוא לווסת את ההצמדות הראשונות – וקשירת הרגולציה הזו לפעילות Aurora kinase, צוות זאגרב לא רק קישר בין שני תהליכים שפעם חשבו לפעול באופן עצמאי אלא מיפה פגיעות קריטית. התובנה הזו יכולה לעורר תרופות שמכווננות עדין את האיזון, לדכא חלוקות נמלטות או להציל חלוקות שנתקעו.
"זה לא רק על שכתוב מודל", אומר Vukušić. "מדובר בזיהוי מנגנון שמקשר ישירות למחלות. זה פותח דלתות לאבחון ולחשיבה על טיפולים חדשים".
הגיבוי של אירופה, התשתית של קרואטיה
המחקר הופעל על ידי אחד מהפרסים התחרותיים בעולם, מענק הסינרגיה של מועצת המחקר האירופית, לצד תמיכה מקרן המדע הקרואטית, פרויקטים דו-צדדיים של קרואטיה שוויצרית וקרנות פיתוח של האיחוד האירופי.
הוא גם הסתמך על תשתית מחשוב מתקדמת במרכז ה-SRCE של אוניברסיטת זאגרב. "ביולוגיה מודרנית היא לא רק מיקרוסקופים ומבחנות", מציין טוליץ'. "זה גם חישוב ושיתוף פעולה חוצה דיסציפלינות וגבולות."
הסדר בכאוס לכאורה
בליבה, התגלית עוסקת במציאת סדר בכאוס. מדי יום, טריליוני תאים מתחלקים לגוף האדם, כל אחד מהמר נגד אנטרופיה. העבודה מזאגרב מאירה את אחד הכללים הנסתרים של אותו הימורים. על ידי הגדרה מחדש של תפקידו של CENP-E, וקישורו לתהליכים אחרים בתוך תאים, הצוות נתן לביולוגיה שרטוט ברור יותר של האופן שבו תאים שומרים על התנועה שלהם תחת לחץ בלתי אפשרי.
"על ידי גילוי האופן שבו הרגולטורים המיקרוסקופיים הללו משתפים פעולה", אומר טוליץ', "אנחנו לא רק מעמיקים את ההבנה שלנו בביולוגיה אלא גם מתקרבים לתיקון הכשלים העומדים בבסיס המחלה".
