למעלה ממחצית מהגנום שלנו מורכב מאלפי שרידים של DNA ויראלי עתיק, הידוע כאלמנטים הניתנים להפיכה, הנפוצים על פני עץ החיים. לאחר שהודחו כ"צד האפל" של הגנום, חוקרים מהלמהולץ מינכן ולודוויג-מקסימיליאן-אוניברסיטה (LMU) חשפו כעת את תפקידם המכריע בהתפתחות העוברים המוקדמת.
שאלות ללא מענה על תפקידו של DNA ויראלי עתיק
אלמנטים הניתנים להעברה, שאריות של DNA ויראלי עתיק, מופעלים מחדש במהלך השעות והימים הראשונים שלאחר ההפריה. תקופה דינמית זו של התפתחות מוקדמת רואה תאים עובריים מציגים פלסטיות יוצאת דופן, אך המנגנונים המולקולריים והגורמים המווסתים את הפלסטיות הזו נותרו לא ברורים. מחקר במודלים כמו עכברים מצביע על כך שאלמנטים הניתנים להפיכה ממלאים תפקיד מכריע בפלסטיות התאית, אך עדיין לא ברור אם זו תכונה אוניברסלית בכל מיני היונקים. המקורות האבולוציוניים המגוונים של שרידים ויראליים אלה מעלים שאלות נוספות לגבי שימורם על פני גנומים של יונקים. הבנת מנגנוני הרגולציה המסדירים את ההפעלה של אלמנטים הניתנים להעברה חיונית לקידום רפואת הרבייה ולחשיפת העקרונות הבסיסיים של ויסות הגנום.
חשבו שהם אלמנטים ויראליים שנכחדו המתבטאים מחדש בעוברי יונקים
צוות חוקרים בראשות פרופ' מריה-אלנה טורס-פדילה בהלמהולץ מינכן ו-LMU יצא לחקור את רצפי ה-DNA העתיקים הללו על ידי פיתוח שיטה חדשה לחקור את התעתיק שלהם. הם יצרו אטלס של עובר בודד על ידי השוואה בין עוברים מכמה מיני יונקים, כולל עכבר, פרה, חזיר, ארנב והפרימט הלא אנושי, מקוק רזוס. הממצאים שלהם היו מפתיעים: החוקרים גילו שאלמנטים ויראליים ישנים מאוד, שבעבר חשבו שהם נכחדו, מתבטאים מחדש בעוברי יונקים. הם גם מצאו שכל מין שנחקר מבטא סוגים שונים של יסודות אלה.
אפיקים חדשים למניפולציה של גנים ולמחקר פלסטיות של תאים
תצפיות אלו מראות כי ההפעלה של אלמנטים הניתנים להעברה נשמרת על פני מינים, וזיהוי אלמנטים ספציפיים מספק הזדמנויות מרגשות לתמרן אלפי גנים בתאים בו זמנית.
גישה זו מציעה דרך חדשה להשפיע על גורל התא, כמו הכוונה של התמיינות תאי גזע, אשר בדרך כלל דורשת מניפולציה בו-זמנית של מאות גנים. העבודה שלנו מדגישה את החשיבות של הבנת העקרונות הרגולטוריים מאחורי אלמנטים הניתנים להעברה".
ד"ר מרליס אומן, מחברת ראשונה
פרופ' טורס-פדילה מסבירה עוד: "המחקר שלנו חשף שהפעלת אלמנטים ניתנים להעברה היא תכונה ייחודית של עוברים מוקדמים במספר מיני יונקים. ממצא זה משמעותי מכיוון שתאים אלה בשלב מוקדם יכולים להתמיין לכל סוגי תאי הגוף. על ידי הבנה כיצד אלה תאים מווסתים אלמנטים ויראליים עתיקים, אנו מקבלים תובנות מכריעות לגבי מנגנוני הפלסטיות התאית מחקר זה מכין את הבמה למחקר עתידי בנושא אלמנטים רגולטוריים, עם השלכות רחבות על בריאות, מחלות, וכיצד מניפולציה של אלמנטים אלה יכולה להשפיע על תהליכים תאיים."
מערך נתונים חסר תקדים לפיתוח מוקדם על פני מיני יונקים מרובים
בנוסף לפיתוח מתודולוגיה חדשה הפותחת אפיקים חדשים לחוקרים העובדים עם תאים בודדים ועוברים, מחקר זה יצר מערך נתונים חסר תקדים. התפתחות מוקדמת של עוברים היא תהליך דינמי מאוד שמעניין מאוד מדענים, אך רוב המחקרים נוטים להתמקד במין בודד, בדרך כלל עכבר או אדם. מחקר זה, לעומת זאת, נקט בגישה אבולוציונית על ידי השוואה בין מיני יונקים מרובים, המאפשר זיהוי של מסלולים רגולטוריים מרכזיים המשותפים בין יונקים. התובנות הביולוגיות שהושגו ממחקר זה, בשילוב עם מערך הנתונים העשיר, ישמשו משאב רב ערך עבור חוקרים בביולוגיה התפתחותית ורבייה.
