באדיבות פרופ' רות שפרלינג מן המחלקה לגנטיקה במכון למדעי החיים.

כדי לייצר את מגוון החלבונים הפועלים בתא, יש לייצר תחילה ״העתקים״ של המידע הגנטי האצור בכרומוזומים. העתקים אלה נקראים מולקולות קדם-RNA שליח (Pre-mRNA). בשלב הבא עוברות מולקולות אלה תהליכי עיבוד המכונים שיחבור splicing) (. במהלך השיחבור (חיתוך וחיבור מחדש) נחתכים ומוצאים מיקטעי RNA - הנקראים אינטרונים, בעוד שיתר מקטעי ה-RNA - הנקראים אקסונים, מחוברים ליצירת מולקולות RNA שליח (mRNA) המקודדות לחלבונים. מאחר שרוב מולקולות הקדם-RNA שליח באדם מכילות מספר רב של אקסונים ואינטרונים, תהליך השיחבור יכול להביא ליצירת מיספר גדול מאד של צרופים שונים של אקסונים. מנגנון זה, הנקרא שחבור חלופי, מאפשר יצירת מגוון מולקולות שונות של RNA שליח על בסיס מולקולה אחת של קדם-RNA שליח. המגוון הגדול של החלבונים באדם מיוחס ברובו לתהליך השיחבור החלופי.

תהליכי השיחבור והשיחבור החלופי חייבים להיות מדויקים ביותר, ושיבושים בהם מהווים מקור למגוון מחלות כולל סרטן.

כיצד נשמר הדיוק בתהליך השיחבור?

נמצא שבקצוות האינטרונים מצויים סמנים גנטים האומרים "חתוך כאן!". כמו כן, זוהו גורמים נוספים המעורבים בתהליך השיחבור, המתרחש באברון מולקולרי הנקרא ספלייסוזום (Splicosome). כיום מבינים החוקרים היטב כיצד מתבצע תהליך השחבור של קדם-RNA שליח בעל אינטרון יחיד. אבל ידע זה אינו מספיק להבנת תהליך השחבור החלופי, שהוא התהליך המרכזי באדם, מאחר שמרבית התעתיקים הם בעלי אינטרונים רבים.

במחקרים קודמים שביצעתי עם שותפי, הופתענו למצוא שהסימן ״חתוך כאן!״, אינו ממוקם רק בקצות האינטרונים, אלא מצוי פעמים רבות גם בתוך האינטרונים באדם, אך אינו מופעל שם, ועל כן נקרא אתר רדום. עוד מצאנו שהפעלת הסימן ״חתוך כאן!״, בתוך האינטרונים גורמת ליצירת מולקולות RNA שליח שגויות, המקודדות לחלבונים מקוצרים שעלולים להיות רעילים לתא.

כיצד מבחין התא בין פקודת ״חתוך״ שיש לבצעה לבין כזו שיש להתעלם ממנה? האם מתרחש שיחבור באתרים הרדומים, אך התוצר השגוי מסולק מהמערכת, או אולי קיימת מערכת בקרה שאינה מוכרת עדיין, המונעת שחבור באתרים הרדומים? בניסויים רבים שללנו את האופציה הראשונה, והוכחנו כי האופציה השנייה היא הנכונה. למנגנון הבקרה הזה קראנו Suppression Of Splicing (SOS).

כמן כן, הוכחנו שמולקולת RNA קטנה (initiator-tRNA) , שתפקידה הידוע הוא להיקשר למולקולת RNA שליח בנקודת התחלת תהליך תרגום החלבון בציטופלסמה, ממלאת תפקיד מרכזי במנגנון ה SOS בגרעין התא, ללא קשר לתפקידה בתרגום.

במסגרת המאמצים לפענוח מנגנון ה-SOS, חיפשנו במחקר הנוכחי חלבונים גרעיניים הנקשרים למולקולת ה-RNA הקטנה (initiator-tRNA) המעורבת ב-SOS. גילינו שחלבון הנוקלאולין, שלו תפקידים רבים בתא, נקשר באופן ספציפי ל - initiator-tRNA בגרעין ולא בציטופלסמה, וזיהינו תפקיד חדש שלו במנגנון הבקרה של SOS בגרעין התא, תפקיד שלא היה מוכר עד כה. גילוי זה מהווה נדבך חשוב בהבנת מנגנון ה- SOS. להבנת מנגנון ה- SOSיש חשיבות רבה, מאחר ושיבושים בו, בתנאי עקה ובסרטן, גורמים ליצירת אלפי מולקולות RNA שליח שגויות, שיכולות להיות רעילות לתא (זהו מאמר 1, קישור אליו בהמשך).

מאמר זה הינו המשך של מחקר שהתחלתי לבצע עם בן-זוגי ושותפי למחקר, פרופ' יוסי שפרלינג ז''ל ממכון וייצמן, שנפטר בשנת 2013. המאמר מוקדש לזכרו.

במאמר review שפרסמתי לאחרונה עם הפוסטדוקטורנטית ד״ר מראם ערפאת בעיתון Cancers, סקרנו את הידוע עד כה על מנגנון ה-SOS, כולל גילוי תפקיד חדש לחלבון נוקלאולין במנגנון ה-SOS. כמו כן, מתמקד המאמר בשיבושים החלים במנגנון ה-SOS בתנאי עקה ובסרטן, כאשר אלפי אתרים רדומים מופעלים בשחבור, ונוצרות אלפי מולקולות RNA שליח שגויות, המקודדות לחלבונים מקוצרים שעלולים להיות רעילים לתא. המאמר מדגיש כיצד הפעלת שחבור באתרים לטנטים במספר מולקולות מפתח גורם ליצירת מולקולות RNA שליח המקודדות לחלבונים החסרים את האתר הפעיל, וזאת כתוצאה משיבוש בקרת מנגנון ה-SOS בסרטן. (2)

הבנת מנגנון ה-SOS, תאפשר בעתיד פתיחת דרך לתיקון השיבושים בו בתנאי עקה ובסרטן. בעתיד ניתן יהיה להשתמש בממצאים אלה כדי לפתח תרופות חדשות לסרטן.

קיראו את המאמר –

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8890436/ 1.

מחקר זה נהגה ע״י פרופ יוסף שפרלינג ז"ל ממכון וייצמן למדע ופרופ רות שפרלינג מהמכון למדעי החיים באוניברסיטה העברית, והוא תוצאה של שיתוף פעולה פורה של מעבדת שפרלינג עם פרופ׳ לאורה אלניצקי וד״ר וולר גאוטה ממעבדתה במכוני המחקר הלאומיים בארה״ב ((NIH. למחקר ארבעה מחברים שותפים ראשיים: ד״ר כנרת שפר, איוב בולוס, וד״ר מראם ערפאת ממעבדת פרופ' רות שפרלינג, וד״ר וולר גאוטה מ- NIH, וכן שותפים נוספים.

קיראו עוד על מנגנון ה-SOS (מאמר review בנושא) - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8996931/ 2.