תובנות חדשות על החדשנות המדהימה ביותר של הטבע- היכולת לקיים הריון מוצלח

צוות מחקר בינלאומי בראשות מדענים מאוניברסיטת וינה חשף תובנות חדשות כיצד סוגי תאים מתמחים ורשתות תקשורת בממשק שבין אם לעובר התפתח במשך מיליוני שנים. תגליות אלה שופכות אור על אחד החידושים המדהימים ביותר של הטבע – היכולת לקיים הריון מוצלח. הממצאים פורסמו זה עתה אקולוגיית טבע ואבולוציהו

הריון שנמשך מספיק זמן כדי לתמוך בהתפתחות העובר המלאה הוא פריצת דרך אבולוציונית של ההיכר של יונקים שליה – קבוצה הכוללת בני אדם. במרכז זה ממשק העובר-איטרי: האתר ברחם בו שליה של תינוק פוגשת את הרחם של האם, ושני שני אורגניזמים נבדלים גנטית-אם ועובר-נמצאים במגע אינטימי ואינטראקציה מתמדת. ממשק זה צריך לשים איזון עדין: אינטימי מספיק כדי להחליף חומרים מזינים ואותות, אך מוגן מספיק כדי למנוע ממערכת החיסון האימהית לדחות את העובר "הזר" הגנטית.

כדי לחשוף את המקורות והמנגנונים העומדים מאחורי מבנה מורכב זה, הצוות ניתח טרנסקריפטומים של תאים יחיד-תמונות של גנים פעילים בתאים בודדים-מתוך שישה מינים של יונקים המייצגים ענפי מפתח של העץ האבולוציוני של היונקים. אלה כללו עכברים וגיניאה (מכרסמים), מקאקים ובני אדם (פרימטים) ושני יונקים חריגים נוספים: Tenrec (יונק שליה מוקדם) ואופוסום (Marsupial שהתפצל מיונקים שליה לפני שהם התפתחו שלות מורכבות).

"אטלס של הריון יונקים" סלולרי "

על ידי ניתוח תאים בממשק העובר-אימה, החוקרים הצליחו להתחקות אחר המוצא האבולוציוני והגיוון של סוגי תאי המפתח המעורבים. המיקוד שלהם היה בשני שחקנים עיקריים: תאי שליה, שמקורם בעובר ופולשים לרקמות אימהיות, ותאי סטרומה ברחם, שהם ממוצא אימהי ומגיבים לפלישה זו.

באמצעות כלים לביולוגיה מולקולרית, הצוות זיהה חתימות גנטיות מובחנות – דפוסי פעילות גנים ייחודיים לסוגי תאים ספציפיים ותפקידיהם המתמחים. ראוי לציין כי הם גילו חתימה גנטית הקשורה להתנהגות הפולשנית של תאי שליה עוברית שנשמרה אצל יונקים במשך למעלה ממאה מיליון שנה. ממצא זה מאתגר את התפיסה המסורתית שתאי שליה פולשניים הם ייחודיים לבני אדם, ומגלה במקום זאת שהם תכונה שממורה עמוקה של התפתחות יונקים. במהלך תקופה זו גם תאי האם לא היו סטטיים. יונקים שליה, אך לא מרספיאלים, נמצאו כמצב צורות חדשות של ייצור הורמונים, צעד מרכזי לעבר הריונות ממושכים והיריון מורכב, וסימן לכך שהעובר והאם יוכלו להניע זה את ההתפתחות של זה.

דיאלוג סלולרי: בין שיתוף פעולה לסכסוך

כדי להבין טוב יותר כיצד מתפקד הממשק העובר-אימהי, המחקר בדק שתי תיאוריות משפיעות לגבי התפתחות התקשורת הסלולרית בין אם לעובר.

הראשון, "השערת ההפרדה", צופה כי לאורך זמן אבולוציוני, אותות הורמונליים הוקצו בבירור לעובר או לאם – אמצעי הגנה אפשרי כדי להבטיח בהירות ולמנוע מניפולציה. התוצאות אישרו רעיון זה: ניתן לעקוב בבירור לאותות מסוימים, כולל חלבוני Wnt, מודולי חיסון והורמונים סטרואידים, לרקמת מקור אחת.

השנייה, "השערת ההסלמה" (או "קונפליקט גנומי"), מציעה מירוץ חימוש אבולוציוני בין גנים אימהיים לעובר – כאשר למשל, העובר מגביר את אותות הצמיחה ואילו הצד האימהי מנסה להרטיב אותם. דפוס זה נצפה במספר קטן של גנים, בעיקר IGF2, המסדיר את הצמיחה. בסך הכל, עדויות הצביעו על איתות שיתופי מכוון.

ממצאים אלה מראים כי יתכן כי האבולוציה העדיפה יותר תיאום בין אם לעובר ממה שהניחה בעבר. נראה כי מאבק הכוח שנקרא אם-פטוס מוגבל לאזורים גנטיים ספציפיים. במקום לשאול אם ההיריון בכללותו הוא קונפליקט או שיתוף פעולה, שאלה שימושית יותר יכולה להיות: איפה הסכסוך? "

דניאל ג'יי סטאדטמאואר, מחבר המוביל של המחקר והחוקר במחלקה לביולוגיה אבולוציונית, אוניברסיטת וינה

ניתוח תאים יחיד: מפתח לגילוי אבולוציוני

תגליות הצוות התאפשרו על ידי שילוב של שני כלים חזקים: טרנסקריפטומיקה של תאים יחיד-אשר לוכד את פעילותם של גנים בתאים בודדים-וטכניקות דוגמנות אבולוציוניות המסייעות למדענים לשחזר את האופן בו תכונות יכולות להיראות אצל אבות אבות נרחבים. על ידי יישום שיטות אלה על סוגי תאים ופעילות הגנים שלהם, החוקרים יכולים לדמות כיצד תאים מתקשרים במינים שונים, ואף להציץ כיצד דיאלוג זה התפתח במשך מיליוני שנים.

"הגישה שלנו פותחת חלון חדש להתפתחות של מערכות ביולוגיות מורכבות – מתאים בודדים לרקמות שלמות", אומרת סילביה בסנטה, סופרת וחוקרת משותפת באוניברסיטת וינה. המחקר לא רק שופך אור על התפתחות ההיריון, אלא גם מציע מסגרת חדשה למעקב אחר חידושים אבולוציוניים ברמה הסלולרית-תובנות שיכולות יום אחד לשפר את האופן בו אנו מבינים, מאבחנים או מטפלים בסיבוכים הקשורים להריון.

המחקר נערך במעבדות של מיאלה פבליצ'ב במחלקה לביולוגיה אבולוציונית, אוניברסיטת וינה, וגונטר וגנר באוניברסיטת ייל. וגנר הוא פרופסור אמריטוס בייל ועמית מחקר בכיר באוניברסיטת וינה. המחקר נתמך על ידי קרן ג'ון טמפלטון וקרן המדע האוסטרית (FWF).