זוג חלבונים, YAP ו-TAZ, זוהה כמוליכי התפתחות עצם ברחם ויכולים לספק תובנה לגבי מחלות גנטיות כגון אוסטאוגנזה אימפרפקטה, הידועה בכינויה "מחלת עצם שבירה". מחקר קטן זה מבוסס בעלי חיים, שפורסם היום ב תא התפתחותי ובהובלת חברי מעבדת המחקר האורטופדית של McKay של בית הספר לרפואה פרלמן באוניברסיטת פנסילבניה, מוסיפה הבנה לתחום המכנוביולוגיה, החוקר כיצד כוחות מכניים משפיעים על הביולוגיה.
למרות יותר ממאה שנים של מחקר על המכנוביולוגיה של התפתחות העצם, הבסיס הסלולרי והמולקולרי נותר ברובו בגדר תעלומה. כאן, אנו מזהים אוכלוסייה חדשה של תאים שהם המפתח להפיכת תבנית הסחוס המוקדמת של הגוף לעצם, מונחית על ידי הגן המופעל בכוח המווסת חלבונים, YAP ו-TAZ."
ג'ואל בורקל, דוקטורט, מחבר בכיר במחקר, פרופסור חבר לכירורגיה אורטופדית
על ידי סירוק בין הגנים המבוטאים על ידי תאים בודדים בגפיים מתפתחות של עכבר, באמצעות ריצוף של תאים בודדים, בורקל והמחבר הראשון של המחקר, הדוקטורנט לשעבר של פן ביו-הנדסה ג'וזף קולינס, PhD, יחד עם עמיתיהם, מצאו ותיארו סוג של תאים הם כינו "'מבשרי אוסטאובלסטים הקשורים לכלי כלי דם (VOPs)", אשר "פולשים" לסחוס מוקדם לצד כלי דם. מכיוון שאוסטאובלסטים הם התאים הנדרשים ליצירת (ולקיבוע) עצמות, תאים אלה יהיו בעצם הסבים של העצמות, כאשר האוסטאובלסטים הם ההורים של העצמות.
וחשוב מכך, זוג חלבונים הנקראים YAP ו-TAZ הרגישים לתנועה הטבעית של הגוף-, שהעבודה הקודמת של הצוות הראתה שהוא חיוני לפיתוח עצם והתחדשות מוקדמת-; משמשים כמדריכים ל-VOPs, ועוברים הלאה. אותות שהם מלקטים מהמכנוביולוגיה של הגוף.
החוקרים מצאו כי YAP ו-TAZ עוזרים לכוון את שילוב כלי הדם בסחוס, היבט חיוני בהתפתחות העצם. הם הצליחו להדגים את התפקיד הזה על ידי הסרה גנטית תחילה של YAP ו-TAZ ממודלים של תאים אנושיים, שנראה היה שעצר את האנגיוגנזה, התהליך שבו נוצרים כלי דם חדשים. לאחר מכן, החוקרים טיפלו באותם מודלים של תאים אנושיים במגוון מיוחד של חלבון בשם CXCL12, ששיחזר את YAP ו-TAZ והפעיל מחדש אנגיוגנזה תקינה.
המחקר הוא תוצאה של שיתוף פעולה ארוך שנים עם ד"ר Niamh Nowlan מאוניברסיטת קולג' דבלין, שהמעבדה שלו מתמקדת כיצד כוחות מכניים מכוונים את התפתחות השלד במודלים של בעלי חיים ובמטופלים אנושיים.
ראוי גם שבורקל, קולינס והצוות שלהם ישתמשו בחקר התפתחות העצם כעדשה כדי לקדם את ההבנה של מכנוביולוגיה.
"המחקר של התפתחות העצם הוא מקום הולדתה של המכנוביולוגיה", אמר בורקל. "לדוגמה, חוק טרנספורמציה של העצם של וולף, אומר שעצם טרבקולרית מסתגלת באופן בהתאם ללחצים המופעלים עליה, אבל ג'וליוס וולף בילה יותר זמן בספרו משנת 1894 והתמקד בהתפתחות עצם מאשר בעצם טרבקולרית. "
עם המידע שהחוקרים של פן אספו ממחקרם על התפתחות העצם והן על מכנוביולוגיה, הם מאמינים שהם יכולים כעת לספק חלק מהידע, ובתקווה, לטיפול במצבי שריר-שלד גנטיים ומולדים. זה כולל מחלת עצמות שבירות – שבה הגוף אינו מייצר קולגן בצורה נכונה, מה שגורם לעצמות שעלולות להישבר בקלות-; או arthrogryposis-;מצב בו מפרקים מתפתחים בצורה לא תקינה עקב תנועת עובר מוגבלת.
"אנו עובדים כעת על שימוש בממצאים אלה כדי למקד את התאים והמסלולים הללו, או באמצעים מכניים או תרופתיים ישירים, כדי לשחזר את התפקוד הסלולרי והתפתחות תקינה של העצם ברחם, שעלול למנוע מצבים מסוג זה", אמר בורקל.
מחקר זה מומן על ידי המכון הלאומי לדלקת פרקים ומחלות שרירים ושלד ועור (R01 AR073809, R01 AR074948, P30AR069619, NSF CMMI 1548571) ומועצת המחקר האירופית (336306).
