גֵן מאמא או מאבא?

בני האדם, ורוב בעלי החיים הרב-תאיים, מתרבים באופן מיני – זכר ונקבה משתפים את הגנים שלהם והצאצא משלב בתוכו את תכונות האב והאם גם יחד. כל צאצא מקבל כך שני עותקים של כל גֵן, אבל בחלק מהתכונות אחד מהגנים "מושתק" ואינו בא לידי ביטוי, כך שרק תכונה אחת, שהגיעה מהאם או מהאב, מתבטאת אצל הצאצא. מחקר שהתפרסם לאחרונה גילה דרך חדשה שבה תאים משתיקים באופן מבוקר את הביטוי של גנים ספציפיים כחלק מתהליך שנקרא "החתמה הורית".

אחת הדוגמאות למורכבותם של תהליכי הורשת תכונות היא תופעה בשם החתמה הורית, או החתמה גנומית. בתהליך הזה גנים מסוימים אמנם עוברים לצאצא בתורשה מהאב או האם, אך עוברים השתקה. כך קורה שרק אלל אחד, אבהי או אימהי, מתבטא אצל הצאצא. גנים שעוברים החתמה מתנהגים אחרת מדפוס התורשה שתיאר מנדל. שני ההורים אמנם תורמים במידה שווה להרכב הגנטי של הצאצא, אך חלק מהגנים מוחתמים וכבים אם הם מגיעים מהאב ולא מהאם, ולהפך.

התהליך מתרחש בזמן יצירת הזרע או הביצית בהתאם למין ההורה. הסימון הוא הפיך, כך שההחתמה יכולה להימחק ולהיבנות מחדש אצל הצאצאים. לדוגמה, נקבה יורשת גן ממקור אבהי שהוחתם והושתק, אך כשהיא תייצר את תאי הרבייה שלה ההחתמה האבהית תימחק ותוחלף בהורשה האימהית המתאימה, שתאפשר לגן לבוא לידי ביטוי.

במחקר חדש שהתפרסם בכתב העת Nature מתארים חוקרים ממרכז הווארד יוז בבוסטון מנגנון השתקה חדש שמעורב בתהליך התורשה הגנטית. מנגנון ההחתמה ההורים שהכרנו עד כה אצל יונקים התבסס על חיבור של מולקולות מתיל ל-DNA עצמו, בתהליך שנקרא מתילציה.כעת מצאו החוקרים שבתאים עובריים של עכברים פועלת החתמה שאינה תלויה בשינויים שחלו ב-DNA.

ההחתמה הזאת מתרחשת על ידי סימון כימי של חלבון בשם היסטון שעליו ה-DNA מקופל ומאורגן. השינויים שמתרחשים בחלבון עוברים לצאצא וקובעים איזה תכונות יבוא אצלו לידי ביטוי. במחקר החדש התגלו 76 גנים שעברו השתקה וכיבוי במהלך ההתפתחות העוברית המוקדמת אם הגיעו ממקור אימהי. הגנים האלה קשורים כנראה להתפתחות עוברית.

ההחתמה הגנומית התקינה חיונית להתפתחות העובר. פגיעה בה מובילה למחלות התפתחותיות ועצביות. דוגמה לכך היא תסמונת בקווית-ויידמן, שמתבטאת בגדילת יתר ומתאפיינת בעובר גדול יחסית, איברים מוגדלים וסיכון מוגבר לסרטן. התסמונת יכולה להיגרם מבעיה בתהליך ההחתמה של גנים הקשורים בגדילה.

החוקרים מאמינים שהתגלית שלהם תאפשר הבנה טובה יותר של תהליך ההתפתחות התקינה וללמד אותנו איך לסכל את הופעתן של מחלות המועברות בתורשה גנטית וקשורות לבעיה בתהליך ההחתמה ההורית.