מחקר ישראלי: דיונונים ותמנונים משנים בדרך ייחודית את החלבונים שלהם, בעיקר במוח, וייתכן שזו הסיבה שהרכיכות האלה חכמות כמו יונקים

תמנונים ודיונונים ידועים כבעלי אינטליגנציה גבוהה במיוחד, אבל זה לא הדבר היחיד שהם מצטיינים בו. מחקר ישראלי חדש הראה שהם משנים את ההוראות הגנטיות לייצור החלבונים שלהם בצורה שלא נראתה עד כה אצל שום בעל חיים אחר. השיטה הייחודית שפתחו עשויה להסביר את היכולות השכליות המרשימות שלהם.

חלבונים הם מרכיב מרכזי בתאים שלנו, והחוקים הבסיסיים של ייצורם פשוטים למדי. ההוראות כתובות ב-DNA, שאפשר להשוותו לארכיון או למאגר מידע. ה-DNA הוא מולקולה ארוכה מאוד הבנויה כשרשרת של ארבעה סוגים של מולקולות קטנות, המכונות בסיסים. סדר הבסיסים לאורך השרשרת, הרֶצֶף, הוא הצופן הקובע את מבנה החלבון שייבנה לפי ההוראות הללו. הוראות לבנייה של חלבון מסוים נקראות "גֵן", וכל מולקולה של DNA בתאינו מכילה מאות ואלפי גנים.

כאשר התא זקוק לחלבון מסוים, הוא מעתיק את ההוראות לייצורו מה-DNA למולקולה דומה, המורכבת גם היא מבסיסים, ומכונה RNA. מולקולת RNA מכילה גן אחד, ואפשר לחשוב עליה כעל צילום של דף מסוים מתוך ספר עב-כרס. מולקולת ה-RNA הקצרה היא "עותק העבודה", שעל פיו מייצר בתא את החלבון עצמו.

אצל רוב בעלי החיים, הדרך העיקרית לשנות את מבנה החלבונים היא שינוי הרצף של מולקולת ה-DNA. החלפת בסיס אחד באחר, או החלפת בסיסים רבים, עשויה לגרום לכך שהתא ירכיב חלבון שונה מעט. תוצאה דומה אפשר לקבל גם משינוי רצף ה-RNA לאחר שהוא מועתק, אך תהליך כזה נדיר מאוד בטבע, כלומר חוץ מאצל התמנונים והדיונונים.

את המחקר הובילה ד"ר נועה ליסקוביץ'-ברוור, המשתלמת במעבדתו של פרופ' אלי אייזנברג מאוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם פרופ' ארז לבנון מאוניברסיטת בר-אילן, ג'ושוע רוזנטל מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס בארה"ב וחוקרים נוספים. החוקרים הישראלים עוסקים בחקר עריכת RNA, ואילו רוזנטל הראה כי אצל תמנונים יש קשר בין עריכת RNA בגן מסוים להתאמות אבולוציוניות לסביבה משתנה.

לכן החוקרים התמקדו במחלקת הסילוניות (Cephalopoda), הכוללת בין השאר דיונונים, תמנונים ונאוטילוסים, ובדקו אם הרכיכות האלה עורכות את ה-RNA שלהן. החוקרים השוו את הרצף הכללי של ה-RNA ל-DNA, בכמה סוגי תאים, וראו כי אכן יש הבדלים בולטים ברצף הגנים.  

החוקרים גילו כי אצל הרכיכות האלה יותר מחצי ממולקולות ה-RNA עברו עריכה, בהשוואה לכשלושה אחוז בלבד  בתאי אדם. אצל הנאוטילוסים, הקרובים של התמנונים והדיונונים, הייתה הרבה פחות עריכת RNA.

לעריכת ה-RNA  יש כנראה תפקיד חשוב ביכולת ההתאמה לסביבה משתנה. רוזנטל עם תמנון | צילום באדיבות ד"ר נועה ליסקוביץ'-ברוור
לעריכת ה-RNA  יש כנראה תפקיד חשוב ביכולת ההתאמה לסביבה משתנה. רוזנטל עם תמנון | צילום באדיבות ד"ר נועה ליסקוביץ'-ברוור

עריכת ה-RNA אינה נעשית בדרך כלל במקומות אקראיים, אלא במקומות מסוימים וקבועים. כשהעריכה נעשית בדיוק באותו מקום ב-RNA אצל מינים קרובים, המסקנה שהמקומות האלה השתמרו במהלך האבולוציה כנראה מפני שלעריכת ה-RNA שם יש תפקיד חשוב. אצל התמנונים והדיונונים גילו החוקרים עשרות אלפי מקומות עריכה שמורים באבולוציה, לעומת רק כמה עשרות מקומות כאלה אצל יונקים.  

הממצאים מצביעים על כך שהשינוי ב-RNA אינו מקרי, אמרה ליסקוביץ'-ברוור לאתר מכון דוידסון. "נראה שהסילוניות פיתחו אסטרטגיה אחרת משאחר החיות ליצירה של שונות גנטית, ואסטרטגיה זו באה על חשבון של דרכים קלאסיות של יצירת שונות גנטית והתפתחות אבולוציונית רגילה".

אף על פי שהאסטרטגיה הזו עוקפת לכאורה את המנגנון הגנטי הרגיל, שבו מבנה החלבון נקבע על פי רצף ה-DNA, היא עצמה עוברת בתורשה. המקומות השמורים לעריכת RNA תלויים ברצף הבסיסים, ולכן יש להם בסיס גנטי והם מועברים מדור לדור. 

אסטרטגיה ייחודית ליצירת שונות גנטית. ד"ר נועה ליסקוביץ'-ברוור ופרופ' אלי אייזנברג | צילומים באדיבותם
אסטרטגיה ייחודית ליצירת שונות גנטית. ד"ר נועה ליסקוביץ'-ברוור ופרופ' אלי אייזנברג | צילומים באדיבותם

תופסים עצבים

מה יכול להיות היתרון של האסטרטגיה הייחודית? החוקרים מציעים כמה אפשרויות. קודם כל, היא מעניקה גמישות מסוימת לבעל החיים: הוא יכול לערוך את ה-RNA רק בתנאים מסוימים, וכך לשנות את החלבון שמתקבל בהתאם למה שדרוש לו באותו רגע. הוא יכול גם לשנות רק חלק ממולקולות ה-RNA של גן מסוים, וכך לקבל מאותו גן שני חלבונים שונים, או אפילו יותר. כיום לא ברור עדיין אם התמנונים והדיונונים אכן עורכים את ה-RNA שלהם בהתאם לתנאי הסביבה המשתנים ועד כמה שונה החלבון לאחר העריכה מהגירסה המקורית המקודדת ב-DNA שלהם. נושאים אלה ודאי ייחקרו בעתיד.

החוקרים התרשמו לא רק ממספר הגנים שבהם נעשית עריכת RNA אצל דיונונים ותמנונים, אלא גם מסוג הגנים שהם עורכים. רבים מהם קשורים להתפתחות ותפקוד של תאי עצב, והחוקרים ראו עריכה רבה במיוחד ברקמות מערכת העצבים. לתמנונים ולדיונונים יש מערכת עצבים מפותחת יותר משל כל חסר חוליות אחר, והיכולות השכליות שלהם מרשימות בהתאם: מחקרים הראו שהם מסוגלים ללמוד, לזכור לאורך זמן ולפתור בעיות באופן שלא היה מבייש יונקים רבים. הנאוטילוסים, לעומתם, מראים התנהגות פשוטה הרבה יותר, וגם אין אצלם עריכה מסיבית של RNA. האם יש קשר בין שני הדברים? "אני לא יכולה להגיד דבר כזה בוודאות אבל אם אני צריכה לנחש, אני בהחלט חושבת שסיכוי מאוד טוב שיש קשר הדוק" אומרת ליסקוביץ'-ברוור. גם זה, כנראה, ישמש חומר למחקר עתידי.

0 תגובות