חוקרים בטכניון פיתחו שיטה חדשנית למחקר על בקרת גנים ברמת התא

חוקרים בפקולטה לביולוגיה בטכניון פיתחו שיטה לפירוק מולקולת כרומטין בודדת, למטרת חקר תפקידה בתהליכי שעתוק גנטיים. למחקר השלכות רחבות בשל חשיבות בקרת הביטוי הגנטי על התפתחות מחלות שונות ותהליכים התפתחותיים.

המחקר נערך על ידי הדוקטורנט סרגיי רודניצקי, בהנחיית פרופ' אריאל קפלן ופרופ' פיליפה מלמד. החוקרים מסרו, כי הוא "שופך אור על הדינמיקה של מולקולת הכרומטין - הקומפלקס המכיל את ה-DNA ואת החלבונים הקשורים אליו - ועל תפקידה בבקרת הביטוי הגנטי". דו"ח המחקר התפרסם באחרונה בכתב העת Nature Communications.

לדברי פרופ' קפלן, "המידע התורשתי המקודד ב-DNA קובע כיצד יתפתח האורגניזם ומשפיע על מהלך חייו בבריאות ובחולי. אולם ה-DNA איננו מתקיים באורגניזם כיחידה מבודדת. הוא יוצר מבנה מורכב יחד עם ההיסטונים – חלבונים בעלי מטען חיובי, סביבם כרוך ה-DNA כמעין סליל. המבנה המורכב הזה הוא הנוקלאוזום (גרעין הליבה), המהווה את אבן הבניין הבסיסית המרכיבה את הכרומטין.

"אריזת ה-DNA בנוקלאוזום מגנה על ה-DNA מפני מפגעים שונים ויוצרת 'חיסכון מרחבי', שכן היא מקטינה פי 10,000 את גודלה של מולקולת ה-DNA. עם זאת, לאותה קומפקטיוּת שהתפתחה במהלך האבולוציה יש מחיר: היא מקטינה את נגישות ה-DNA למערכות הנדרשות לקרוא את 'הוראות ההפעלה' המקודדות בו. זו הסיבה שלכרומטין, ולאופן שבו הוא אורז אזורים שונים ב-DNA, השפעה עצומה על מידת הביטוי הגנטי של כל גן ב-DNA.

"המורכבות והדינמיות של מבנה הכרומטין מהווים אתגר גדול עבור מדענים המעוניינים ללמוד את אופן הבקרה שלו על הביטוי הגנטי. כאן נכנס לתמונה כלי מחקרי חדשני בתחום מדעי החיים: 'המלקחיים האופטיים'. טכנולוגיה זו מאפשרת להפעיל, באמצעות קרני לייזר, כוחות מכניים על מולקולות בודדות.

השפעת מבנה הכרומטין על ביטוי גנים נחקרת כבר שנים רבות בשיטות שונות. אבל במרבית המקרים הוא נחקר כ'צבר מולקולות' ולא ברמת המולקולה הבודדת. באמצעות טכנולוגיית המלקחיים האופטיים, אנו מסוגלים 'לבקע' את מולקולת הכרומטין הבודדת ולחקור את מאפייניה ותפקידה בבקרת הביטוי הגנטי".

החוקרים, שהתמקדו בהיסטון H2A.Z, גילו כי נוקלאוזומים המכילים אותו מאופיינים ביציבות נמוכה ובניידות גבוהה על גבי מולקולת ה-DNA. אותה דינמיוּת, מתברר, ממלאת תפקיד חשוב בבקרת הביטוי הגנטי ומהווה מנגנון בקרה שלא היה ידוע עד כה.

פרופ' קפלן הוסיף: "למעשה, הנוקלאוזומים הקרובים לקצה הגן הם הקו הראשון של בקרת הביטוי והבנתם שופכת אור על האופן שבו גנים מבוקרים בתאים שונים ובמצבים שונים. במחקר זה חקרנו את ההיסטון H2A.Z ביחס לשני גנים הקשורים למערכת הרבייה. לכן תוצאות המחקר תורמות להבנת מנגנוני הפוריות; עם זאת, כאמור, השלכות ממצאי המחקר רחבות הרבה יותר בכלל זה על התפתחותן של מחלות".