מיחזור מתרחש בתאים שלנו בכל עת: בתהליך הנקרא אוטופגיה, רכיבי תאים שאינם נחוצים עוד מוקפים על ידי ממברנות ומתפרקים לאבני הבניין הבסיסיות שלהם. תהליך חיוני זה מונע היווצרות של אגרגטים מזיקים והופך חומרים מזינים לזמינים שוב. צוות מחקר בראשות פרופ' ד"ר קלודין קראפט מאשכול המצוינות של CIBSS באוניברסיטת פרייבורג וד"ר פלוריאן ווילפלינג ממכון מקס פלאנק לביופיזיקה בפרנקפורט גילה כעת את התנאים הדרושים לתחילת האוטופגיה. הם גם הצליחו ליצור באופן מלאכותי את התנאים הללו ובכך לעורר את השפלה של מולקולות שאינן מתכלות אחרת בתאי שמרים. התמקדות באוטופגיה בדרך זו היא גישה מבטיחה לקידום השפלה של אגרגטים שעלולים ליצור פלאק במחלות נוירודגנרטיביות כמו אלצהיימר, כמו גם לשיפור היעילות של טיפולי סרטן. המחקר פורסם בכתב העת המדעי ביולוגיה של תא הטבע.
אינטראקציות מולקולריות חלשות החיוניות לתחילת האוטופגיה
כדי שההתפרקות של רכיבים תאיים באמצעות אוטופגיה תתרחש, תחילה יש לזהות אותם כפסולת. זה נעשה על ידי קולטן ומולקולות מתאם אחרות. עם זאת, בעבר לא היה ידוע כיצד בדיוק מולקולות אלו מפעילות את השלבים הבאים. "הצלחנו כעת להראות שהקולטנים חייבים להיקשר בצורה חלשה לחומר שייפטר כדי שאוטופגיה תתחיל", מסביר קראפט. "אם הם נקשרים חזק מדי, התהליך לא מופעל".
את מה שנשמע בתחילה מנוגד לאינטואיציה, החוקרים יכולים להסביר בעזרת הדמיות מחשב וניסויים בתאי שמרים חיים ובתאים אנושיים בתרבית תאים: הקישור החלש גורם לקולטנים להישאר ניידים וליצור אשכולות אקראיים. "כאשר הושגה נקודת הריכוז הקריטית, מתרחשת הפרדת פאזות: מולקולות המתאם מתחברות ויוצרות טיפה, בדומה לשמן במים", מסביר וילפלינג. "להצטברות נוזלים כזו יש תכונות פיזיקליות שונות מהמולקולות הבודדות המשמשות כפלטפורמה גמישה לכל שאר המולקולות המעורבות באוטופגיה".
ניתן לשלוט בתהליך באופן מלאכותי
כדי לבדוק את ההשערה שלהם, החוקרים הכניסו חלקיקי וירוס לתאי שמרים שהתאים בדרך כלל אינם מסוגלים לפרק. על ידי שינוי חלקיקי הנגיף כך שקולטני אוטופגיה יוכלו להיקשר אליהם בצורה חלשה, החוקרים הצליחו לעורר את הפירוק של החלבון הנגיפי. עם זאת, אם הם שינו את פני השטח כך שהקולטנים נקשרו אליו בחוזקה, לא התרחשה השפלה. "התוצאה הזו מבטיחה כי היא מראה שאנחנו יכולים להתערב ספציפית באוטופגיה של מולקולות מטען של תאים חיים", מסכמים גם קראפט וגם ווילפלינג.
