חוקרים משוודיה פענחו את אחד השלבים במנגנון שמונע מתאי זרע נוספים להיכנס לביצית אחרי ההפריה. הבנת התהליך עשויה להוביל לפיתוח אמצעי מניעה מסוג חדש
כולנו מכירים את התיאור הזה של רגע ההפריה: תא זרע יחיד נכנס לתוך ביצית ומשלב את החומר התורשתי שלו, שמגיע מהאב, עם החומר התורשתי של האם שכבר נמצא בביצית. התיאור הזה נכון, אך אינו מלא, שכן הביצית איננה משתתפת פסיבית בתהליך: היא מפעילה מערכת הגנה מתוחכמת ויעילה שמונעת כניסה של תאי זרע נוספים, שעלולים לשבש את התפתחות העובר.
בתאי האדם יש 23 זוגות של כרומוזומים – מולקולות ה-DNA שמכילות את רוב החומר התורשתי שלנו - כלומר 46 בסך הכל. בתאי המין, הזרע והביצית, יש רק סט אחד של כרומוזומים - 23 מולקולות בודדות, ולא 23 זוגות. כך, כשהזרע והביצית נפגשים, מתקבל עובר בעל המערך השלם של 46 כרומוזומים, 23 מהאם ו-23 מהאב.
כניסה של תא זרע נוסף, לאחר שהראשון כבר נכנס, מוסיפה לביצית קבוצה שלישית של 23 כרומוזומים, שמקשה מאוד על תהליך חלוקת התאים ומונעת מהעובר להתפתח. לכן התפתחו בביציות של בעלי חיים בטבע מגוון מנגנונים שתפקידם לוודא שרק זרע אחד ייכנס. אחד המנגנונים הללו מגיב לכניסת תא זרע יחיד בהקשחה מיידית של המעטפת החלבונית המקיפה את הביצית, כך ששאר תאי הזרע מוצאים את עצמם מול מעין קיר אטום. תהליך ההקשחה הזה אינו מובן לנו עדיין במלואו. כעת, במחקר שפורסם בכתב העת Cell, פענחו חוקרים משבדיה את המבנה המרחבי של החלבון ZP2 – מרכיב חשוב במעטפת החלבונית של הביצית אצל יונקים.
כניסה של תא זרע נוסף, לאחר שהראשון כבר נכנס, מוסיפה לביצית קבוצה שלישית של 23 כרומוזומים, שמקשה מאוד על תהליך חלוקת התאים ומונעת מהעובר להתפתח. ביציות שהופרו על ידי שני תאי זרע; ניתן לראות את שלושת הגרעינים, המכילים את החומר התורשתי, בצהוב | Professor P.M. Motta et al / science photo library
הצורה קובעת
חלבונים הם מכונות מולקולריות קטנות ומורכבות, שאחראיות על ביצועם של רוב התהליכים הביולוגיים בגוף. כדי שהמכונה תפעל, היא חייבת להיות מורכבת כראוי – וכאן טמונה החשיבות של המבנה המרחבי של החלבונים. אם הם בנויים בצורה לא נכונה, תפקודם עלול להשתנות ועל ידי כך להוביל להתפתחותן של מחלות, או לפגוע בתהליכים חיוניים בגוף. פענוח המבנה המרחבי של החלבונים הוא משימה לא פשוטה, וחוקרים רבים מקדישים חודשים ארוכים ואפילו שנים לפענוח המבנה של חלבון אחד בלבד.
המעטפת של הביצית היא סבך של חלבונים, רשת צפופה ומסועפת שמגינה על גבולותיה מפלישת גורמים לא רצויים. כדי לפענח את מבנה החלבונים הללו כיוונו אליהם החוקרים קרני רנטגן ובחנו את תבנית הפיזור של הקרניים. הם מצאו שבתגובה לכניסה של תא זרע לתוך תא הביצית, החלבון ZP2 נחתך. החיתוך משנה את המבנה שלו ומקנה לו יכולת חדשה: להתחבר לעוד חלבון חתוך כמותו. כשיחידות רבות כאלה מתחברות זו לזו יחד הן יוצרות צורה מורכבת וסבוכה אף יותר, מתקרבות ונסגרות כמו רוכסן. כך הרשת סביב הביצית נהיית הרבה יותר צפופה וקשיחה, וננעלת לכניסת זרעים נוספים.
"כבר ידוע שהחלבון ZP2 נחתך לאחר שהזרע הראשון נכנס לביצית, ואנחנו מסבירים איך זה גורם למעטפת הביצית להתקשח ולמנוע מזרעים נוספים לחדור", מסביר הביולוג המולקולרי לוקה ג'ובין (Jovine), שהוביל את המחקר. "כך נמנעת פוליספרמיה – כניסה של מספר תאי זרע לביצית אחת – שהוא מצב קטלני עבור העובר".
כשיחידות רבות של החלבון מתחברות זו לזו יחד הן יוצרות רשת צפופה וקשיחה סביב הביצית, שננעלת לכניסת זרעים נוספים. אילוסטרציה של הרשת במצבה הפתוח (מימין) והסגור | Joana C. Carvalho
מניעת היריון ללא הורמונים
אמצעי מניעה הורמונליים נמצאים בשימוש נרחב יחסית: כ-30 אחוז מהנשים שמשתמשות באמצעי מניעה הפיכים לוקחות גלולות למניעת היריון. הגלולה היא אמצעי מניעה יעיל מאוד, שהשימוש בו נמצא בשליטתה המלאה של האישה, אך יש לה גם מגרעות. תוספת ההורמונים עלולה להשפיע על מצב הרוח, ויש נשים שהשימוש בגלולות למניעת היריון אינו בטוח עבורן – למשל מי שנמצאות בסיכון מוגבר לחלות בסרטן שד הורמונלי.
הידע החדש שנולד מהמחקר, שהעמיק את הבנת תהליך ההקשחה של מעטפת הביצית בתגובה להפריה, עשוי לאפשר יצירה של אמצעי מניעה חדש שמחקה את החסימה הטבעית הזאת. אפשר למשל להשתמש לשם כך במולקולה שחותכת את החלבון ZP2, וכך אוטמת את מעטפת הביצית לחדירת תאי זרע עוד לפני שהתרחשה הפריה אמיתית. פיתוח של אמצעי מניעה כזה ידרוש כמובן עוד מחקרים נרחבים על בעלי חיים ובני אדם, שיבדקו את הבטיחות והיעילות של הטיפול הזה.
המחקר גם שופך אור על בעיות עקרוּת של חלק מהנשים, הקשורות לבעיה במערכת המורכבת של רשת החלבונים המגנה על הביצית. "פגמים בגֵנים שאחראים על פעילות חלבוני המעטפת של הביצית עלולים לגרום לעקרוּת", הסביר ג'ובין. "אנחנו מקווים שהמחקר שלנו יתרום לאבחון הגורמים לבעיות בפוריות של נשים, ואולי אף ימנע הריונות לא רצויים".
גם אחרי המחקר עדיין נותרו כמה שאלות פתוחות. יידרשו מחקרים נוספים כדי לגלות אם יש עוד גורמים שמשתתפים בתהליך ההקשחה של מעטפת הביצית. נשאלת גם השאלה מה עולה בגורלו של החלק שנחתך מהחלבון אחרי ההפריה – האם גם הוא תורם להקשחת המעטפת, או שבזה תם תפקידו?
