מחקר ישראלי חדש מגלה כי מנגנוני השליטה על מערכת הרבייה מתחילים להיווצר אצל עוברי דגים עוד לפני שתאי העצב המרכיבים אותם מגיעים אל המוח
תהליך ההתפתחות של המוח הוא ארוך ומורכב, והוא מגיע אל סופו רק זמן רב אחרי הלידה. חקר ההתפתחות של המוח האנושי קשה במיוחד, שכן הוא מורכב ממיליארדי תאי עצב המקיימים ביניהם יחסי גומלין רבים. מעבר לכך גם איננו יכולים לצפות באופן ישיר בהתפתחות המוח, עקב שילוב של שיקולים מוסריים עם העובדה שהמוח האנושי מוסתר מאחורי שכבות רבות של עצם ורקמה בתוך הגולגולת.
כדי לעקוף את המגבלות האלה נעזרים החוקרים לפעמים בדגי זברה, שעובריהם שקופים כמעט לחלוטין וגם הם חווים כמה מהשלבים הקריטיים שעובר המוח האנושי במהלך התפתחותו. אחד המעגלים המוחיים הבסיסים ביותר המשותפים לנו ולדגי הזברה הוא זה שאחראי על שחרור ההורמון גונאדוטרופין – שממלא תפקיד חשוב בפעילות מערכת הרבייה. על השליטה בו אחראים תאי עצב מסוימים שנקראים GnRH. במוח הבוגר התאים האלה מצויים באזור שנקרא היפותלמוס, שאחראי על שלל הבלוטות בגוף, וביניהן על אלה שמייצרות את הורמוני המין. פגיעה בתאי העצב הללו גורמת לתסמונת קלמן, שמתבטאת בין השאר בעקרות.
באופן מפתיע, התאים המרכיבים את המעגל העצבי האחראי על הרבייה מתחילים את דרכם באף, ובמהלך ההתפתחות העוברית נודדים לתוך המוח לאורך העצב הטרמינלי. שהוא אחת השלוחות העיקריות היוצאות מהמוח וקצהו מצוי בחלל האף. במהלך נדידתם עוצרים התאים באזור שמכונה "לוח המסננת", המצוי בעצם הכברה, שהיא עצם הגולגולת המצויה מאחורי האף, ומפרידה בין חלל האף לחלל המוח. הן הנדידה והן העצירה בלוח המסננת מתרחשות במוחם של כל החולייתנים בזמן ההתפתחות העוברית שלהם, אך לא היה ברור עד כה מדוע התאים צריכים להתעכב בדרכם אל המוח.
החוקרים נעזרים לעתים קרובות בדגי זברה, שעובריהם שקופים כמעט לחלוטין. עובר של דג זברה לצד מטבע של שקל אחד | ד"ר מתן גולן
תחנת דרכים
מחקר חדש של קבוצת חוקרים רב-לאומית, בהובלת מתן גולן ממכון וולקני למחקר חקלאי בישראל וחוקרים ממכון CNRS בצרפת, מציע כעת פתרון אפשרי לתעלומת העצירה הזאת בדרך. החוקרים עקבו אחרי תהליך הנדידה של התאים הללו במוחם המתפתח של דגי זברה, מרגע ההפריה ואילך. הודות לעורם השקוף של עוברי הדגים הם יכלו לצפות בתנועתם של תאי GnRH שלתוכם החדירו גֵנים שמייצרים חלבון זוהר. כך יכלו החוקרים לראות שהתאים משנים את צורתם בתהליך הנדידה, ממבנה עגול למבנה מוארך. בחלק אחר של המחקר החדירו החוקרים את הגן המקודד לחלבון זוהר לחלבון המבוטא בצמתים עצביים (סינפסות) ועובר מתא לתא כאשר אלו מתקשרים ביניהם. כך הם לבחון את הקשרים הנוצרים בין התאים.
לתהליך היה יתרון מפתיע. נמצא שכאשר מחדירים את הגֵנים לתאי GnRH שנמצאים רק בצד אחד של המוח, החלבונים שהם מייצרים עוברים גם לתאי ה-GnRH השכנים וגם לתאים הללו הנמצאים בצד הנגדי של המוח. התופעה הזאת הראתה שבתוך צביר התאים הנודדים נוצרים צמתים עצביים שמאפשרים לתאים לתקשר ביניהם, כולל תאים שבסופו של דבר מגיעים לצדדים שונים של המוח. כך נוצר מעגל עצבי חדש שמחבר את שני חצאי המוח.
הודות לעורם השקוף של עוברי הדגים הם יכלו לצפות בתנועתם של תאי GnRH שלתוכם החדירו גֵנים שמייצרים חלבון זוהר. עובר של דג זברה עם החלבון הזוהר בירוק | ד"ר מתן גולן
בשלב הבא בחנו החוקרים את יכולתם של התאים הנודדים להעביר מסרים עצביים, באמצעות מדידת הפעילות החשמלית שלהם בזמן הנדידה. החוקרים גילו כי בשלבי הנדידה המוקדמים התאים אינם פעילים כמעט, אך בשלב העצירה מתרחש שינוי – הצמתים העצביים שנוצרו בין התאים מאפשרים להם לתקשר זה עם זה ולפעול יחד בתיאום מלא, ובמקביל הם משנים הן את מאפייניהם החשמליים, והן את צורתם. בסופו של דבר רק תאים שהצליחו ליצור קשרים אחד עם השני ולהשתלב במעגל העצבי מסוגלים לחצות את לוח המסננת ולהמשיך במסעם אל המוח.
התגלית הזאת חושפת נדבך חשוב בהתפתחות ההיבטים המוחיים של מערכת הרבייה. ראשית, מדובר במנגנון התפתחותי שלא היה מוכר קודם לכן – יצירת צמתים עצביים שמובילה את תאי העצב לנדוד לתוך המוח. ושנית, אף על פי שהמחקר נעשה על דגי זברה, עשויות להיות לו השלכות גם על פוריות האדם ועל השליטה בפוריות של חיות משק.
"הראינו תקשורת בין תאים ופעילות עצבית המתווכת על ידי סינפסות בשלב מוקדם מאוד של ההתפתחות – ואפילו מחוץ למוח". ד"ר מתן גולן
"יש כאן חידוש גדול, מאחר שהראינו תקשורת בין תאים ופעילות עצבית המתווכת על ידי סינפסות בשלב מוקדם מאוד של ההתפתחות – ואפילו מחוץ למוח", אומר ד"ר גולן. "התפיסה המקובלת עד כה הייתה שגורמים חיצוניים מושכים את התאים ליעדם, ושרק עם ההגעה למקומם הסופי במוח הם מתחילים לפעול. כאן מצאנו מעגל עצבי שלם שמתחיל את פעולתו עוד טרם הכניסה למוח ומבקר בעצמו את התפתחותו".
ד"ר גולן אומר עוד שייתכן שהגילוי החדש יכול להסביר תופעות כמו התבגרות מינית מוקדמת אצל ילדים ובני נוער, שעשויה להיות קשורה לשינויים בדפוסי הנדידה של התאים עוד בהתפתחות העוברית. "המנגנון שגילינו איננו מתג, שיש לו רק מצבי הפעלה או כיבוי, אלא מעין עמעם בעל טווח רחב של רמות פעילות. בעתיד הוא אולי יאפשר לנו לשלוט במערכת הנדידה ולטפל במצבים כאלה, אך לשם כך יידרשו כמובן עוד שנות מחקר רבות".