אחרי שני עשורים בארצות הברית, מרטין חצר חזר הביתה לאוסטריה ב-2023 כדי להפוך ל-2.נד נשיא המכון למדע וטכנולוגיה אוסטריה (ISTA). שנה לתוך תפקידו החדש, הביולוג המולקולרי נשאר עוסק בתחום חקר ההזדקנות.
חצר מוקסם מהחידות הביולוגיות המקיפות את תהליכי ההזדקנות באיברים כמו המוח, הלב והלבלב. רוב התאים המרכיבים את האיברים הללו אינם מתחדשים לאורך כל אורך חייו של האדם. תאי עצב (נוירונים) במוח האנושי, למשל, יכולים להיות מבוגרים כמו האורגניזם, אפילו עד יותר ממאה שנה, וחייבים לתפקד לכל החיים. הגיל המדהים הזה של נוירונים עשוי להיות גורם סיכון מרכזי להפרעות ניווניות כמו מחלת אלצהיימר. חיוני להבנת סוגים אלה של מחלות היא הבנה מעמיקה יותר של האופן שבו תאי עצב מתפקדים לאורך זמן ושומרים על שליטה. זה עשוי לפתוח דלתות לנטרול טיפולי את תהליכי ההזדקנות של תאים ספציפיים אלה.
הפרסום המשותף האחרון של חצר, Tomohisa Toda מאוניברסיטת פרידריך-אלכסנדר ארלנגן-נירנברג (FAU), המזוהה גם עם מרכז מקס פלנק לפיזיקה ורפואה, ארלנגן ועמיתיו, נותן תובנות חדשות על תחום מורכב זה שלא נחקר. מנגנונים. לראשונה ביונקים, המחקר מראה ש-RNA-; קבוצה חיונית של מולקולות החשובות לתהליכים ביולוגיים שונים בתוך התא, יכולה להימשך לאורך כל החיים. המדענים זיהו RNAs ספציפיים בעלי פונקציות הגנה על הגנום בגרעינים של תאי עצב של עכברים שנשארים יציבים במשך שנתיים, המכסים את כל חייהם. הממצאים, שפורסמו בכתב העת מַדָעמבססים את החשיבות של מולקולות מפתח ארוכות חיים לשמירה על תפקוד התא.
אריכות ימים של מולקולות מפתח
החלק הפנימי של התאים הוא מקום מאוד דינמי. חלק מהרכיבים מתחדשים ומתעדכנים כל הזמן; אחרים נשארים אותו דבר כל חייהם. זה כמו עיר שבה הבניינים הישנים משתלבים עם החדשים. ה-DNA המצוי בגרעין-;לב העיר-, למשל, ישן כמו האורגניזם. "ה-DNA בתאי העצב שלנו זהה ל-DNA בתוך תאי העצב המתפתחים ברחם אמנו", מסביר חצר.
בניגוד ל-DNA יציב, המתוקן ללא הרף, RNA, במיוחד RNA שליח (mRNA), היוצר חלבונים על פי מידע ה-DNA, מאופיין באופיו החולף. ההיקף הסלולרי, לעומת זאת, משתרע מעבר ל-mRNA לקבוצה של מה שנקרא RNA לא מקודד. הם לא הופכים לחלבונים; במקום זאת, יש להם חובות ספציפיות לתרום לארגון ולתפקוד הכולל של התא. באופן מסקרן, תוחלת החיים שלהם נותרה בגדר תעלומה. עד עכשיו.
RNA שנמשכים כל החיים
חצר ושות' יצאו לפענח את הסוד הזה. לכן, RNAs סומנו, כלומר "סומנו", במוחם של עכברים שזה עתה נולדו. "עבור תיוג זה, השתמשנו באנלוגים של RNA-; מולקולות דומות מבחינה מבנית-; עם ווים כימיים קטנים הלוחצים מולקולות פלואורסצנטיות על ה-RNA האמיתיים", מסביר חצר. זה הבטיח מעקב יעיל אחר המולקולות ותצלומים מיקרוסקופיים רבי עוצמה בכל נקודת זמן נתונה בחיי העכברים.
באופן מפתיע, התמונות הראשוניות שלנו חשפו נוכחות של RNA ארוכי חיים, בסוגי תאים שונים במוח. היינו צריכים לנתח עוד יותר את הנתונים כדי לזהות את אלה שבתאי העצב. שיתוף פעולה פורה עם המעבדה של טודה איפשר לנו להבין את הכאוס הזה במהלך מיפוי המוח."
מרטין הצר, המכון למדע וטכנולוגיה אוסטריה
בשיתוף פעולה, החוקרים הצליחו להתמקד אך ורק ב-RNA ארוכי חיים בנוירונים. הם כימתו את ריכוז המולקולות לאורך חייו של עכבר, בחנו את הרכבן וניתחו את מיקומן.
בעוד שלבני אדם יש תוחלת חיים ממוצעת של כ-70 שנה, תוחלת החיים הטיפוסית של עכבר היא 2.5 שנים. לאחר שנה אחת, הריכוז של RNAs ארוכי חיים ירד מעט בהשוואה לילודים. עם זאת, גם לאחר שנתיים, הם נותרו ניתנים לזיהוי מה שמעיד על התמדה לכל החיים של מולקולות אלו.
RNAs עוזרים להגן על הגנום
בנוסף, המדענים הוכיחו את התפקיד הבולט של RNAs ארוכי חיים באריכות החיים התאית. הם גילו ש-RNA ארוכי-חיים בנוירונים מורכבים מ-mRNA ו-RNA-לא-מקודדים ומצטברים ליד ההטרוכרומטין- האזור הדחוס בצפיפות של הגנום, ובדרך כלל מתרכז בגנים לא פעילים. לאחר מכן הם חקרו עוד יותר את התפקוד של RNAs ארוכי חיים אלה.
בביולוגיה מולקולרית, הגישה היעילה ביותר להשיג זאת היא על ידי הפחתת מולקולת העניין והתבוננות בהשפעותיה הבאות. "כפי שמרמזים שמם והניסויים הקודמים שלנו, RNAs ארוכי חיים אלה יציבים ביותר", אומר חצר. המדענים, אם כן, העסיקו א בַּמַבחֵנָה גישה (מחוץ לאורגניזם חי), תוך שימוש בתאי אבות עצביים-;תאי גזע בעלי יכולת להוליד תאים עצביים, כולל נוירונים. מערכת המודל אפשרה להם להתערב ביעילות עם RNA ארוכי חיים אלו. כמות נמוכה יותר של RNAs ארוכים גרמה לבעיות בארכיטקטורת ההטרוכרומטין וביציבות החומר הגנטי, ובסופו של דבר השפיעה על הכדאיות של התאים. לפיכך, הובהר התפקיד החשוב של RNAs ארוכי חיים באריכות החיים התאית.
המחקר מדגיש כי RNA ארוכי חיים עשויים לתפקד בוויסות מתמשך של יציבות הגנום. "תחזוקה סלולרית לכל החיים במהלך ההזדקנות כרוכה באורך חיים ממושך של מולקולות מפתח כמו RNAs ארוכי חיים, זה עתה זיהינו", מוסיף חצר. המנגנון המדויק, לעומת זאת, נותר לא ברור. "יחד עם חלבונים לא מזוהים, RNAs ארוכי חיים כנראה יוצרים מבנה יציב שמקיים איכשהו אינטראקציה עם ההטרוכרומטין." פרויקטי מחקר עתידיים במעבדה של חצר מיועדים למציאת הקישורים החסרים הללו והבנת המאפיינים הביולוגיים של RNA ארוכי חיים אלה.
