חוקרים הופתעו כשגילו גֵן הפעיל בשלבים של ההתפתחות העוברית ומופעל מחדש בעת זִקנה כדי למנוע החלמת שרירים לאחר פציעה
תאי גזע הם תאים בעלי תכונות ייחודיות המאפשרות להם להתמיין לתאים בוגרים מסוגים שונים, ויש להם תפקיד מכריע בחידוש רקמות ובבנייתן. הביצית המופרית (הזיגוטה) היא סוג של תא גזע שממנו מתפתחים כל סוגי התאים היוצרים את איבריו של העובר. בהמשך החיים נוצרים תאי גזע נוספים, ספציפיים לרקמה מסוימת, ומהם מתפתחים הסוגים השנים של התאים ברקמה הזו.
תאי גזע קיימים גם בגוף האדם הבוגר, ומשמשים מעין מאגר של תאים לא ממוינים שיכולים לקבל תפקיד מסוים אם הגוף זקוק להם. בניגוד לתאי הגזע העובריים, התאים הבוגרים נמצאים בדרך כלל במצב רדום והם מופעלים רק בתגובה לאותות מסוימים. למשל, כשאנחנו נפצעים תאי הגזע הבוגרים שברקמת השריר מקבלים אותות כימיים מהגוף ומתחילים להתחלק ולהתמיין כדי לחדש את הרקמה הפגועה.
הזדקנות הגוף מתבטאת בירידת מספר תאי הגזע שבשריר, ולכן יכולתם לחדש רקמות קטנה. כתוצאה מכך השרירים מידלדלים ונחלשים, וההחלמה מפציעות אצל מבוגרים אטית וקשה יותר. לכן, הגיוני לחשוב שאם תימצא דרך לחדש את פעילותם המהירה של תאי הגזע הבוגרים ברקמות פצועות, אפשר יהיה לעודד התחדשות תאים ולעזור להם להחלים.
גילוי מפתיע
חוקרים ממכון לייבניץ (Leibniz) לחקר ההזדקנות שבגרמניה רצו לבדוק מה גורם לירידה במספרם של תאי הגזע הבוגרים בשריריהם של אנשים זקנים ולשינוי בתפקודם הרגיל. לשם כך הם בחנו רקמות שריר פצוע של עכברים צעירים, שגילם שלושה-ארבעה חודשים, ושל עכברים זקנים - בני 28-22 חודשים. הם ראו שבתאי הגזע שנלקחו מרקמת השריר של העכברים הזקנים התרחשה הפעלה מחדש של הגֵן HOXa9 השייך למשפחת הגֵנים HOX, שיש להם תפקיד חשוב בהתפתחות הרקמות והאיברים של עוברים בזמן ההיריון.
"מנקודת מבט אבולוציונית, הגֵנים ממשפחת ה-HOX עתיקים מאוד. הם מבקרים את התפתחות האיברים בכל ממלכת החי כמעט, החל בזבובים וכלה בבני אדם. הופתענו מאוד לגלות שהפעלה מחדש של גֵנים מהסוג הזה מובילה דווקא להזדקנותם של תאי הגזע הבוגרים בשריר", סיפר פרופ' לנרד רודולף (Rudolph) ממכון לייבניץ לאתר המדעי Science Daily.
מציאת הגן הובילה את החוקרים לחשוב שייתכן שלגֵן HOXa9 יש תפקיד גם בהזדקנות ולא רק בעת התפתחות העובר. כדי לבחון זאת, הם פגעו בפעילותו באופנים שונים ובדקו מה קורה לתאי הגזע ברקמת שריר פצועה. תהליכי ההחלמה בתאים שנלקחו מהעכברים הזקנים השתפרו משמעותית בכל המקרים, אך בעכברים צעירים לא היה שינוי כלל, מה שאומר שהפגיעה בגן אינה פוגעת בתהליך ההחלמה שלהם.
החוקרים שיערו ש-HOXa9 מופעל ספציפית ברקמות זקנות באופן שגורם לו לעכב תהליכי החלמה וחידוש רקמות. מעבר לכך שהגֵן הזה מופעל מחדש רק בעכברים זקנים ולא בצעירים, הוא מופעל אך ורק בעקבות עקה (סטרס) כמו פציעה. לסטטוס הפעילות של HOXa9 בתאי השריר של עכבר זקן שאינו נפצע, אין שום השפעה על תאי הגזע ברקמה.
נראה שהפעלה מחדש של אותו הגֵן בשלבים שונים של החיים מובילה לתוצאות ביולוגיות שונות. אחת הדרכים שבהן גֵן יחיד יכול להשפיע באופן שונה ודרמטי כל כך על תהליכים תאיים בזמנים שונים היא באמצעות מנגנוני בקרה אֶפִּיגנטיים.
אלה הם שינויים "על-גניים" שיכולים גם הם להשפיע על צורת הביטוי של הגן, ללא שינויים ברצף הגן עצמו. החוקרים אכן זיהו הבדלים בפרופיל האפיגנטי , בחלבונים שעוטפים את ה-DNA שבתאי הגזע בשרירי הצעירים בהשוואה לאלה של הזקנים במיוחד לאחר פציעה. כלומר - העקה שיצרה הפציעה ברקמת השריר של העכברים הזקנים גרמה להפעלה של מסלולים ביולוגיים אחרים, כאלה שאינם מופעלים בצעירים.
תרופה עתידית להחלמה מהירה
החוקרים הפעילו את הגֵן ברקמה של עכברים צעירים וראו שבתגובה הייתה תמותה מוגברת של תאים (אפופטוזיס) וירידה בהתחדשות ובשגשוג שלהם לאחר פציעה. הם גם תיעדו ירידה בפעילותם של גֵנים המעודדים חלוקת תאים, ועלייה בפעילותם של גֵנים המקושרים להזדקנות תאית (senescence).
התפתחות עוברית היא תהליך מורכב מאוד, שבסופו מתקבל אדם קטן ואוטונומי שיש לו מערכות איברים פעילות. אולם, כפי שבכל יצירה הדרך לתוצר הסופי כוללת שלבים רבים של בנייה ושל פירוק, כך גם בביולוגיה - כדי לבנות איברים ולקבל את התוצר הסופי, תאים צריכים להתחלק ולמות אינספור פעמים. לכן, הגֵנים שאחראים על שלבי בניית האיברים בהתפתחות העוברית הם גם בדרך כלל אלה שאחראים על תמותת התאים.
כשהחוקרים השתמשו בחומרים כימיים שפוגעים באנזימים האחראים על השינויים האפיגנטיים בתאים, הם הצליחו למנוע את הפעלתו של HOXa9 ואת השפעתו השלילית על תאי הגזע בשריריהם של העכברים הזקנים. משמעות הצעד הזה היא שהשינוי הזה הפיך, ושאפשר לבטל אותו באמצעות תרופות.
מסקנת המחקר היא שהתהליכים הביולוגיים שמלווים אותנו עוד ברחם נשארים עמנו תמיד ומתעוררים לעת זִקנה, הפעם למטרות אחרות. צוות החוקרים אינו יודע להסביר מדוע מופעל דווקא הגֵן הזה בתאי הגזע שבשרירים זקנים, ומדוע רק במקרה זה הוא גורם לתופעות שליליות. אולם עצם העובדה שאפשר לשלוט בתהליכים אלה בעזרת תרופות מעיד על כך שאולי בעתיד הקושי שלנו להחלים מפציעות בעת זקנה יהיה בר טיפול ויוכל לשפר משמעותית את איכות החיים בגיל מופלג.
