הפתרון של הצמח
להצטברות חלבונים

חלבונים ששוקעים ומצטברים בתאים עלולים לגרום למחלות קשות, ביניהן  פרקינסון ואלצהיימר. חלבונים בתא יכולים להיקשר זה לזה בצורות שונות, כחלק מהפעילות השגרתית שלהם. אבל לפעמים מוטציה בחלבון גורמת לחלבונים להיקשר זה לזה בצורה לא נכונה. כשמקבץ חלבונים שקשורים זה לזה הוא לא מסיס או שהוא קשה לפירוק, הוא נקרא משקע - ומשקעים כאלו עלולים להצטבר ולהביא למוות של תאים. זה מה שקורה במחלת הנטינגטון. 

מחלת הנטינגטון היא מחלה תורשתית וחשוכת מרפא, שנובעת ממוטציה בגֵן שנותן את ההוראות לייצור החלבון הנטינגטין. המוטציה גורמת לשינוי בחלבון הנטינגטין, והשינוי גורם לו להיקשר לחלבוני הנטינגטין אחרים. ההצטברות שלהם גורמת למוות של תאי עצב במוח. המחלה מופיעה בדרך כלל בגיל 30 עד 50, אך עשויה להתחיל מוקדם יותר. החולים מאבדים בהדרגה את השליטה על שריריהם, וגם מפתחים בעיות זיכרון. כשהמחלה מתקדמת הם הופכים מרותקים למיטה, ללא יכולת לתקשר עם העולם, עד מותם.

המוטציה בגֵן גורמת לכך שאזור מסוים בחלבון הנטינגטין, שמורכב מחזרות רבות של חומצת האמינו גלוטמין, משתכפל שוב ושוב. בחלבון הנטינגטין של אדם בריא, האזור הזה מורכב מחזרות של שישה עד 35 גלוטמינים. המוטציה שגורמת למחלת הנטינגטון מביאה לייצור של חלבון הנטינגטין עם יותר מ-35 גלוטמינים, וזה גורם לחלבון להצטבר במשקעים קשים מאוד לפירוק. התאים במוח לא מצליחים לפרק אותם, מה שמוביל למות התאים.

המוטציה שגורמת למחלת הנטינגטון מביאה לייצור של חלבון הנטינגטין עם יותר מ-35 גלוטמינים, וזה גורם לחלבון להצטבר במשקעים קשים מאוד לפירוק. מימין: חלבון תקין עם מעט חזרות, שאינו מצטבר. משמאל: חלבון מוטנטי עם חזרות רבות, שמצטבר, גורם למוות של תא העצב ולפגיעה מוחית | Shutterstock, ilusmedical

במוח ובצמח

המוח של חולי הנטינגטון הוא לא המקום היחיד בו אפשר למצוא חלבונים עם חזרות רבות של גלוטמינים. בצמחים יש חלבונים רבים כאלו, וההצטברות שלהם לא רק שאינה מזיקה לצמח, אלא אף עוזרת לו לחוש טמפרטורה. בצמח תודרנית לבנה (Arabidopsis thaliana), למשל, יש חלבון עם שבעה גלוטמינים, שמתחת לטמפרטורה של 27 מעלות צלזיוס הוא נקשר לגֵֵן שאחראי לפריחה ומונע את פעולתו. מעל 27 מעלות, החלבון הזה נוטה להיקשר לעצמו, להצטבר ולהתנתק מהגֵן שאחראי לפריחה. 

חלבונים רבים נקשרים ל-DNA וגורמים לשינויים בפעילות הגנים. גֵן במקום אחד ב-DNA מביא לייצור חלבון שמגיע לגֵן באזור אחר ב-DNA, נקשר אליו ומשפיע על ייצור החלבון עליו הוא אחראי, חוסם אותו או מגביר אותו.

כשהחלבון קשור לגֵן שאחראי על הפריחה, הגֵן נחסם ולא יכול לתת הוראות לייצור החלבון. בטמפרטורה שמעל 27 מעלות, החלבון משתחרר מהגֵן, נקשר לעצמו וכך הגֵן שאחראי על הפריחה גורם לפרח לפרוח רק בטמפרטורה שנכונה לו, כלומר מעל 27 מעלות. על אף שהחלבון מצטבר, כמו שקורה במחלות של בני אדם, הצמח מצליח להתמודד עם ההצטברות ואף לשגשג. אנחנו לא יודעים איך הצמח מתמודד עם הצטברות של חלבונים, כשעבורנו שקיעה מהסוג הזה היא מזיקה ואף קטלנית.

אנחנו לא יודעים איך הצמח מתמודד עם הצטברות של חלבונים, כשעבורנו שקיעה מהסוג הזה היא מזיקה ואף קטלנית. חוקר מחזיק בידו את הצמח תודרנית לבנה | Jana Bauch, University of Cologne

הצמח העמיד

במחקר שהתפרסם לאחרונה, חוקרים מגרמניה וספרד בדקו אם הצמח תודרנית לבנה יכול להתמודד גם עם הצטברות של חלבון הנטינגטין שיש בו יותר מ-35 חזרות של חומצת האמינו גלוטמין, בדומה לחלבון המוטנטי שיש אצל חולים במחלת הנטינגטון. החוקרים החדירו לצמח גֵן עם הוראות לייצור  חלבון הנטינגטין שמכיל 69 חזרות של גלוטמינים. לחלבון הזה הוסיפו סמן פלואורסצנטי, שאיפשר לחוקרים לראות אותו במיקרוסקופ וכך לבדוק אם החלבון אכן נוצר בצמח ואיפה הוא התרכז. החוקרים גילו שהחלבון המוטנטי נוצר בעלים ובשורשי הצמח. למרות זאת, החלבון לא הצטבר ולא הפריע לצמח לגדול, להתפתח ולהתמודד עם חום קיצוני בהשוואה לצמח רגיל.

כדי להבין איך הצמח מתמודד עם החלבון הנטינגטין, החוקרים בדקו איזה חומרים מהצמח נקשרים אליו ומצאו שהנפוץ ביותר מהם הוא האנזים (חלבון) SPP. האנזים הזה אחראי על פירוק חלקים מחלבונים בכלורופלסט, שהוא האברון בתא הצמח שאחראי על תהליך הפוטוסינתזה. האנזים נקשר לחלבונים ומסיר חתיכה קצרה מהקצה שלהם, שמסמנת לאיזה אזור בתא החלבון מיועד. החוקרים משערים שכמו שהאנזים יכול לפרק חתיכה קצרה מהחלבון שכבר לא נחוצה לו כי הוא הגיע ליעד שלו בתא, כך הוא יכול להסיר מחלבונים שנוטים להצטבר את החלק עם החזרות הרבות של הגלוטמינים. ללא הגלוטמינים, החלבון יציב ולא ממשיך להצטבר.

החלבון המוטנטי נוצר בעלים ובשורשי הצמח, אבל לא הצטבר ולא הפריע לצמח לגדול ולהתפתח. אילוסטרציה של חלבוני הנטנגטין מוטנטים נקשרים זה לזה | Biolution GMBH / Science Photo Library

תרופה אפשרית? אולי בעתיד

האם האנזים SPP יכול להגן עלינו מפני הצטברות של חלבון הנטינגטין מוטנטי? כדי להתחיל ולבחון זאת, החוקרים החדירו לתרבית תאים אנושית ולנמטודות (C. elegans) – תולעים זעירות שדומות לנו יותר מאשר צמחים – גֵן לחלבון הנטינגטין מוטנטי וגֵן לאנזים SPP. החוקרים גילו שבנוכחות האנזים SPP, חלבון ההנטינגטין המוטנטי לא הצטבר בתרבית התאים האנושית. תולעים שהחוקרים החדירו לתוכן גֵן שנותן הוראות לייצר אנזים SPP וגֵן שגורם למחלת הנטינגטון, המשיכו לזוז ולתפקד, אבל תולעים זעירות שהחוקרים החדירו לתוכן רק חלבון הנטינגטין מוטנטי, נעו פחות טוב.

כדי לבחון אם אכן מדובר בתרופה אפשרית למחלת ההנטינגטון חשוכת המרפא, ואולי גם למחלות נוספות שמושפעות מהצטברות חלבונים, יידרשו עוד ניסויים רבים, כולל על עכברים ובני אדם. החוקרים מקווים לפתח תרופות עם האנזים SPP – אך בזהירות ותוך כדי תשומת לב להשפעות לוואי אפשריות, שלא בדקו בניסויים שערכו עד כה.