אנו תלויים בכך שהתאים שלנו יהיו מסוגלים להתחלק ולהתרבות, בין אם זה כדי להחליף עור שנשרף בשמש או לחדש את אספקת הדם שלנו ולהחלים מפציעה. כרומוזומים, הנושאים את כל ההוראות הגנטיות שלנו, חייבים להיות מועתקים בצורה מלאה במהלך חלוקת התא. הטלומרים, המכסים את קצוות הכרומוזומים, ממלאים תפקיד קריטי בתהליך חידוש התאים הזה – עם השפעה ישירה על בריאות ומחלות.
האנזים טלומראז ממלא תפקיד מפתח בשמירה על אורך הטלומרים כאשר הכרומוזומים משתכפלים במהלך חלוקת התא. פרופסור קרול גרידר באוניברסיטת UC סנטה קרוז חוקר טלומרים וטלומראז כבר למעלה מ-30 שנה. ההשפעה של התגליות שגילתה במהלך אותה תקופה היא הסיבה שהיא, יחד עם שני עמיתים, זכתה בפרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה ב-2009.
לכן, הממצאים של המחקר האחרון של גריידר על טלומרים לא היו צריכים להפתיע אותה. ובכל זאת, הם עשו זאת.
פורסם באינטרנט היום ב מַדָע, מחקר חדש מגלה שאורך הטלומרים עוקב אחר דפוס שונה ממה שהובן עד כה. במקום שאורך הטלומרים ייפול תחת טווח כללי אחד של הקצר והארוך ביותר על פני כל הכרומוזומים, מחקר זה מגלה שלכרומוזומים שונים יש התפלגות אורך טלומרים נפרדות ספציפיות לקצה.
לפי גרידר, גילוי זה אומר שאיננו מבינים עד תום את התהליך המולקולרי המווסת את אורכי הטלומרים. וזה חשוב בגלל האופן שבו אורכי הטלומרים משפיעים על בריאות האדם: "כאשר הטלומרים הופכים להיות קצרים מדי, יש לך מחלות ניווניות הקשורות לגיל כמו פיברוזיס ריאתי, אי ספיקת מח עצם ודיכוי חיסוני", אמר גרידר. "מצד שני, אם הטלומרים ארוכים מדי, זה גורם לך לסוגים מסוימים של סרטן."
קיארש קרימיאן, הסופר הראשי של המאמר, הוא דוקטור לשעבר. סטודנט במעבדה של גריידר בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס. מחברים אחרים של מחקר זה כוללים חוקרים במכון לסרטן דנה-פרבר, בית הספר לרפואה של הרווארד ואוניברסיטת פיטסבורג. גרידר, פרופסור מכובד לביולוגיה מולקולרית, תאים והתפתחותית באוניברסיטת סנטה קרוז, ופרופסור באוניברסיטה בג'ונס הופקינס, היה הכותב הבכיר של המאמר והוביל את העבודה.
למה האורך חשוב
ללא טלומראז, הטלומרים היו מתקצרים יותר ויותר ככל שתא מתחלק שוב ושוב. במהלך 30 השנים האחרונות, מחקר של גרידר ואחרים אישר שטלומרים קצרים מובילים למחלה ניוונית, וכן הראו שאורך הטלומרים נופל בטווח מסוים.
אבל מאמר זה מאתגר את הקונצנזוס המדעי בכך שהוא מראה שטווח אורך טלומרים יחיד הוא רחב מדי. מדידת הטלומרים של 147 אנשים למחקר זה, החוקרים מצאו באדם אחד שאורך הטלומרים הממוצע על פני כל הכרומוזומים היה 4,300 בסיסים של DNA. לאחר מכן, כאשר בודדו כרומוזומים ספציפיים, הם גילו שרוב אורכי הטלומרים שונים באופן משמעותי מהממוצע הזה. במקרה אחד, האורכים היו שונים עד 6,000 בסיסים, מה שגרידר מתאר כ"נשירת לסת".
יתרה מכך, הם מצאו בכל 147 הפרטים שאותם הטלומרים היו לרוב הקצרים או הארוכים ביותר, מה שמרמז שטלומרים בקצוות כרומוזומים ספציפיים עשויים להיות הראשונים לעורר כשל בתאי גזע.
חידוש ברצף ננופורי
כדי לבצע מדידות מדויקות כל כך ברמה המולקולרית, הצוות של גרידר השתמש בטכניקה שהומצאה באוניברסיטת סנטה קרוז בשם "ריצוף ננופוריים", שיטה מהפכנית לקריאת DNA ו-RNA שהייתה לה השפעה עצומה על מחקר הגנומיקה מאז הופעת הבכורה שלה בשוק ב-2014. כמוצר המסחרי MinION.
טכנולוגיית Nanopore אפשרה כמה מההתקדמות המשמעותית ביותר בתחום הגנומיקה, כמו השלמת גנום אנושי חסר פערים, ורצף של גנומים של COVID-19 – מה שהופך אותו למכריע במאבק לסיום המגיפה. UC Santa Cruz העניקה רישיון לקונספט של טכנולוגיית רצף ננופור לחברה הבריטית Oxford Nanopore Technologies, שיצרה את MinION, רצף ה-DNA הידני הראשון.
יש לציין שבעיני ממציאי רצף הננופורי, המחקר של גרידר מוכיח שהיכולת של הטכניקה לקדם מחקר מדעי ממשיכה להתפתח. מארק אקסון, פרופסור אמריטוס להנדסה ביו-מולקולרית באוניברסיטת UC סנטה קרוז, מציין שגם שני מחקרים קדם-הדפסה המאששים את הממצאים הבסיסיים של מאמרו של גרידר פורסמו באינטרנט.
לדעתי, זהו המאמר החשוב ביותר המבוסס על ננו-פוריים המתמקד בביולוגיה אנושית מאז הוצג ה-MinION. קל לדמיין שימוש נרחב במבחן אורך הטלומרים שלהם במרפאה."
מארק אקסון, פרופסור אמריטוס להנדסה ביו-מולקולרית באוניברסיטת UC סנטה קרוז
אקסון ודיוויד דימר, גם הם פרופסור אמריטוס להנדסה ביו-מולקולרית בבית הספר להנדסה באסקין, זכו לכבוד בספריית הקונגרס בשנה שעברה על המצאת רצף ננופורי. עמיתם וחברו דניאל ברנטון, ביולוג של הווארד וממציא שותף של הטכנולוגיה, זכה אף הוא לכבוד.
השלכות על מניעת מחלות
קריאות DNA מדויקות כאלה אפשרו לצוות של גריידר לאתר את הרצפים הסמוכים לטלומרים ולהניח שאותם אזורים הם היכן שהטלומראז מווסת את האורך. ואם זה נכון, גריידר אמר שהאזורים האלה, והחלבונים שנקשרים שם, יכולים לשמש מטרות פוטנציאליות לתרופות חדשות למניעת מחלות.
בנוסף, תהליך "פרופיל הטלומרים" שלהם באמצעות רצף ננופוריים יכול לשמש מודל לפיתוח מבחני MinION נוספים לבדיקת תרופות בתפוקה גבוהה.
"לטכניקה נגישה זו יש פוטנציאל נרחב לשימוש במחקר, אבחון ופיתוח תרופות", אמר גרידר. "עבודה זו מצביעה על כך שעדיין לא התגלו מנגנונים לוויסות אורך הטלומרים; חיטוט במנגנונים אלה יודיע על גישות חדשות לסרטן ולמחלות ניווניות מסוימות."
המחקר, "אורך הטלומרים האנושי הוא ספציפי לקצה כרומוזום ונשמר על פני יחידים", מומן על ידי מענקים מהמכונים הלאומיים לבריאות (R35CA209974 ל-Greider ו-R01HL166265), מהפרופסורה הנכבדה של ג'ונס הופקינס בלומברג, ומהקרן הלאומית למדע. תוכנית מלגות.
