באדיבות תלמידת המחקר רוני שראל-גלילי ופרופ' נסים בנבניסטי ממרכז עזריאלי לתאי גזע ומחקר גנטי, המחלקה לגנטיקה במכון למדעי החיים.

בני האדם הם יצורים דיפלואידים – כלומר, יש להם שני עותקי DNA בתוך כל אחד מתאי גופם - עותק אחד אותו ירשו מהאם ועותק שני אותו ירשו מהאב.
כאשר יש מוטציה הגורמת לאיבוד התפקוד (מוטציית loss-of-function) רק באחד משני העותקים של גן מסויים, לרוב אין לכך השפעה והתא מתפקד כרגיל.  אולם, בחלק מהמקרים, עותק תקין אחד מתוך שניים פשוט אינו מספיק, ומוטציה כזו (הנקראת גם מוטציה הטרוזיגוטית) גורמת לנזק. תופעה זו נקראת haploinsufficiency  (haplo = אחד, insufficient = לא מספיק), או בעברית – אי כשירות הטרוזיגוטית.
כיום מוכרות באדם כ-300 מחלות הנגרמות בשל אפקט זה, אך השפעת המוטציות ההטרוזיגוטיות על מכלול הגנים בגנום האדם טרם נחקרה.

במחקר הנוכחי יצרנו לראשונה ספריה, בה בכל תא יש מוטציה רק בעותק אחד של הגן, והספריה כוללת את כל הגנים המקדדים לחלבון בגנום האדם. לאחרונה בודדנו תאי גזע עובריים הפלואידים מאדם. בתאים אלה יש רק סט אחד של DNA (במקום שני סטים בתאים רגילים). כדי לייצר את הספריה של תאים עם מוטציות הטרוזיגוטיות איחינו תאי גזע הפלואידים, עם תאי גזע הפלואידים נוספים המכילים "ספרייה" של מוטציות, עבור מעל 18,000 גנים מאדם. בדרך זו קיבלנו לאחר האיחוי ספריית תאים דיפלואידים, בה עבור כל גן ישנו עותק אחד תקין ועותק אחד פגום. (אילוסטרציה של יצירת הספרייה ניתן לראות בתמונה, הממחישה את האיחוי של תאים הפלואידים רגילים עם תאים הפלואידים המכילים מוטציות שונות ליצירת הספרייה הדיפלואידית.)

לאחר גידול תאי הספרייה וריצוף ה-DNA שלהם, גילינו כ-650 גנים עם אפקט אי-כשירות הטרוזיגוטי, כלומר, כאשר עותק אחד שלהם נפגם, קצב הגדילה של תאי הגזע ירד.
אפיון מעמיק של גנים אלה הראה כי הם שמורים יותר לאורך האבולוציה, פחות סבילים למוטציות, ממוקמים במרכזי כרומוזומים  ולא בקצותיהם, ומספרם פחות על כרומוזום ה-X.
בנוסף, מצאנו כי החלבונים המקודדים ע"י הגנים הללו ממוקמים באחוז ניכר מחוץ לתא או בממברנת התא, מה שרומז כי אזורים אלה בתא רגישים יותר לשינויים בכמות חלבונים.

לאחר אנליזה נוספת, מצאנו מספר מסלולי איתות החיוניים לתאי הגזע, בהם מעורב מספר גבוה יחסית של גנים התלויים במינונם. בחרנו להתמקד בשני מסלולים ידועים במיוחד, WNT  ו-TGF-β, המעורבים בהליכי התפתחות עוברית מוקדמת. הראינו כי מוטציות הטרוזיגוטיות בגנים במסלולים אלה מובילות לעיכוב קצב הגדילה בתאי גזע עובריים מאדם. ממצאים אלה מרמזים כי עוברי אדם תלויים מאוד במספר מסלולים המושפעים מהסביבה החיצונית, וכל שינוי קטן בפעילות המסלולים הללו תגרום לעיכוב גדילה.

לסיכום, יצרנו במעבדה ספריית תאים ייחודית לחקר תופעת ה-haploinsufficiency  בצורה נרחבת בתאי גזע עובריים באדם, חשפנו אזורים ומסלולי איתות תאיים הרגישים לשינויים בכמות, והראינו אפקטים עובריים מוקדמים של גנים המקושרים למחלות מוכרות באדם.
ספריית תאים זו מאפשרת לראשונה לגלות השפעות של אי-כשירות הטרוזיגוטית  בתאי גזע עובריים, לזהות אפקטים מוקדמים של מוטציות הגורמות למחלות ונותנת פתח למחקר עתידי בנוגע למציאת גנים חדשים בעלי אפקט haploinsufficiency , המשפיעים על התפתחות עוברית באדם.

קיראו את המאמר בעיתון Cell Reports. -
https://www.cell.com/cell-reports/pdfExtended/S2211-1247(22)00317-5