איך תאי גזע יודעים למה להיות?
כמעט שלושה עשורים לאחר שמדענים בודדו את תאי הגזע העובריים הראשונים של בני האדם, החוקרים עדיין עובדים קשה כדי להבין בדיוק כיצד תא בודד ובלתי מובחן יכול להפוך לכל אחד מכ-200 סוגי התאים המרכיבים את גוף האדם.
מחקר חדש מציע תובנות מפתח, המתאר כיצד יחידות אחסון סלולריות הידועות בשם "גופי P" משפיעות רבות על גורל התא. על ידי מניפולציה של גופי P, המדענים הצליחו ליצור ביעילות סוגי תאים שקשה לפתחם במעבדה, כולל "תאי נבט" (התאים שקודמים לזרע ולביצית) ותאים "טוטיפוטנטיים", שיכולים להפוך לכל סוג של תאים בגוף.
אני אוהב לחשוב על זה כאלכימיה סלולרית. אם נוכל להבין כיצד לתמרן את גורל התא – להניע סוג אחד של תאים להפוך לסוג אחר של תאים – נפתח עולם שלם של יישומים. העיתון שלנו קובע את הבסיס לכך".
ג'סטין ברומבו, מחבר בכיר ועוזר פרופסור לביולוגיה מולקולרית, תאית והתפתחותית, CU Boulder
הממצאים, שפורסמו ב-28 באוקטובר בכתב העת טבע ביוטכנולוגיהיכול לעזור לקדם את ההבנה של האופן שבו עוברים נוצרים ומקור המחלה. הם יכולים גם לפתוח אפיקים חדשים לפיתוח טיפולי פוריות, חידוש איברים ובדיקת תרופות חדשות, אמר מחבר בכיר ברונו די סטפנו, עוזר פרופסור במרכז תאי גזע ורפואה רגנרטיבית במכללת ביילור לרפואה.
"יש ערך רב בהבנה, ברמה הבסיסית ביותר, כיצד פועלת הביולוגיה", אמר די סטפנו.
פותחים את הקמרונות
לצורך המחקר, צוות המחקר בחן תאי גזע עובריים של אדם, עכבר ועוף כשהם עברו בשלבים שונים של התמיינות. הם התאפסו על גופי P, או עיבוד גופים, אשכולות של חומצה ריבונוקלאית (RNA) וחלבון שנמצאו בציטופלזמה של תאים על פני מגוון מיני חוליות.
פרופסור לביוכימיה של CU Boulder רוי פרקר גילה גופי P בשנת 2003. מאז, מחקרים קשרו חוסר ויסות בגוף P עם מחלות, כולל פרקינסון וסוגי סרטן מסוימים.
מדענים האמינו בעבר שגופי P שימשו מעין מגירת זבל לתא, כאשר ה-RNA – מולקולת ההוראה שאומרת לתא אילו גנים לבטא – הוסתר והתכלה כאשר לא נעשה בו שימוש.
המחקר החדש מצא שגופי P דומים יותר לפחי אחסון מאורגנים מאשר למגירת זבל, עם סוגי תאים שונים שמכילים סוגים שונים של RNA, שאם היו משוחררים היו מובילים את התא לעבר גורל אחר.
"העבודה שלנו מראה שגופי P רוכשים את התוצרים של גנים מסוימים כדי לבלום את תפקודם ולכוון שינויים בזהות התא", אמר ברומבו.
באופן קריטי, החוקרים גילו שאם הם יפריעו לגופי P, או ישברו את מיכל האחסון, הם יכולים להפוך את ההוראות האלה לקריאה שוב ולגלגל את התאים לאחור לשלב התפתחותי קודם, רגיש יותר.
אם חושבים על שלבי ההתפתחות כעל עץ הפוך, עם תא בודד בראשו, נע מטה דרך גזע, ומתפצל לתאים מיוחדים יותר ויותר (עור, ריאה, נוירון וכו'), החוקרים הצליחו להוביל תאים בקצות הענפים בחזרה אל הגזע, שם ניתן היה לדחוף אותם בקלות רבה יותר להפוך למשהו אחר.
בכך, הם הצליחו להנחות ביעילות תאים בוגרים יותר להפוך לתאים דמויי תאי נבט ראשוניים (PGCLC), תאים שגדלו במעבדה המחקים תאי נבט, או תאים דמויי תאי נבט.
"תאים דמויי טוטיפוטנט הם סוג של הגביע הקדוש לביולוגיה של תאי גזע", אמר ברומבו. "היכולת ליצור סוגי תאים אלה וללמוד אותם זה משהו שהיה מאתגר ביותר."
השלכות פוטנציאליות לבריאות האדם
החוקרים מדמיינים יום שבו תאי נבט שפותחו במעבדה באמצעות תהליך זה יכולים ליצור זרע או ביציות כדי לסייע בטיפולי פוריות חדשים.
ובאופן תיאורטי, תאים טוטיפוטנטיים, שמקורם במשהו פשוט כמו תא עור, יכולים לשמש לחידוש איברים או רקמות שנפגעו במחלה.
בטווח הקצר יותר, תאים בהתפתחות מוקדמת שנוצרו במעבדה עשויים להיות חשובים להבנת מקורות המחלה.
לדוגמה, מדענים יכולים לקחת נוירון מאדם עם מחלת פרקינסון, להחזיר אותו לשלבי ההתפתחות המוקדמים שלו ולבחון מה השתבש. או שהם יכולים לבחון תאי נבט שגדלו במעבדה כדי לחקור מה עלול לגרום לאי פוריות או מומים מולדים.
מפתחי תרופות יכולים גם להשתמש בתאים כאלה כדי ליצור רקמה מיוחדת לבדיקת תרופות, אמרו חוקרים.
המחקר מצא גם כי RNAs לא מקודדים הנקראים microRNAs ממלאים תפקיד קריטי בקביעה אילו RNAs מאוחסנים בתוך גופי P. מודול המיקרו-RNA הללו עשוי להוביל לטיפולים חדשים.
מחקר נוסף כבר בעיצומו.
"זה מרגש להבין איך דברים עובדים", אמר די סטפנו. "עכשיו כשאנחנו יודעים מה מניע את התהליך הזה, אנחנו יכולים לתמרן אותו".
