פורצי דרך בגנטיקה: חוקרים רודפים אחר התרופה למחלות תורשתיות נדירות

המבנה הדינמי של חלבוני FLVCR ותפקידם בהובלת חומרים מזינים בתוך התאים שלנו נחשפו.

ידוע כי תקלות של החלבונים FLVCR1 ו-FLVCR2 מובילות למחלות תורשתיות נדירות בבני אדם הגורמות להפרעות מוטוריות, תחושתיות ונוירולוגיות. עם זאת, המנגנונים הביוכימיים מאחורי זה והתפקודים הפיזיולוגיים של חלבוני FLVCR לא היו ברורים עד כה.

צוות בין-תחומי של חוקרים מפרנקפורט אם מיין, סינגפור וארה"ב פיענח כעת את המבנים התלת-ממדיים של חלבוני FLVCR ואת התפקודים התאיים שלהם. החוקרים הראו שהחלבונים מעבירים את אבני הבניין התאיות כולין ואתנולמין. הממצאים שלהם תורמים באופן משמעותי להבנת הפתוגנזה של מחלות נדירות ולפיתוח טיפולים חדשים.

בסדרות טלוויזיה בבתי חולים כמו Scrubs או Dr. House, רופאים מחפשים אבחנות נכונות וטיפולים אפשריים לחולים עם תסמינים תמוהים או מוזרים לפעמים. במציאות, תהליך זה לוקח שנים רבות עבור אלו שנפגעו ממחלות נדירות. במקרים רבים, אין טיפול תרופתי יעיל והאפשרויות הטיפוליות מוגבלות.

כ-6-8% מאוכלוסיית העולם סובלים ממחלה נדירה. זה בערך 500 מיליון אנשים, למרות שכל אחת מ-7000 המחלות השונות משפיעה רק על אחד מכל 2000 אנשים. מכיוון שמחלות אלו כה נדירות, הידע הרפואי והמדעי לגביהן מוגבל. יש רק מעט מומחים ברחבי העולם והמודעות החברתית לוקה בחסר.

פירוק המבנה והתפקוד של חלבונים כדי להבין מחלות ולפתח טיפולים

צוות בינלאומי של חוקרים בראשות שרה ספאריאן, ראש קבוצת פרויקטים במכון מקס פלאנק לביופיזיקה וכן ראש קבוצה עצמאי במכון פראונהופר לרפואה מתרגלת ופרמקולוגיה ITMP, והמכון לפרמקולוגיה קלינית באוניברסיטת גתה פרנקפורט, חקר את המבנה והתפקוד התאי של שני חלבונים, FLVCR1 ו-FLVCR2, הממלאים תפקיד סיבתי במספר מחלות תורשתיות נדירות. המדענים פרסמו את ממצאיהם בכתב העת היוקרתי Nature.

תקלות של FLVCR1 ו-FLVCR2 עקב מוטציות גנטיות גורמות למחלות נדירות, שחלקן גורמות להפרעות ראייה, ניידות ותחושתיות חמורות – כגון אטקסיה עמודה אחורית עם רטיניטיס פיגמנטוזה, תסמונת פאולר או נוירופתיה תחושתית ואוטונומית. זה האחרון יכול, למשל, להוביל לאובדן מוחלט של תחושת הכאב. "במחלות רבות, כולל הנדירות שבהן, מבנים תאיים בגופנו משתנים וזה מוביל לתקלות בתהליכים ביוכימיים", אומר שארה ספאריאן. "כדי להבין את התפתחותן של מחלות כאלה ולפתח טיפולים, עלינו לדעת כיצד החלבונים הללו בנויים ברמה המולקולרית ואיזה תפקידים הם מבצעים בתאים בריאים".

FLVCR1 ו-FLVCR2 מעבירים את אבני הבניין התאיות כולין ואתנולמין

המדענים גילו ש-FLVCR 1 ו-FLVCR2 מעבירים את המולקולות כולין ואתנולמין על פני ממברנות התאים שלנו. "כולין ואתנולמין חיוניים לתפקודי גוף חשובים. הם תומכים בצמיחה, בהתחדשות וביציבות של התאים שלנו, למשל בשרירים, באיברים פנימיים ובמוח", מסביר ספאריאן. "יתר על כן, כולין מעורב בחילוף החומרים בשומן ובניקוי רעלים על ידי הכבד. הגוף שלנו זקוק לו גם כדי לייצר את הנוירוטרנסמיטר אצטילכולין שהוא חיוני למערכת העצבים שלנו ונחוץ למוח שלנו כדי לשלוט באיברים. אז אתה יכול לדמיין שתפקוד לקוי של חלבוני FLVCR יכול לגרום להפרעות נוירולוגיות ושריריות חמורות."

החוקרים השתמשו בשיטות מיקרוסקופיות, ביוכימיות ובעזרת מחשב כדי לחקור את חלבוני ה-FLVCR. "הקפאנו בהלם את החלבונים ואז צפינו בהם תחת מיקרוסקופ אלקטרונים", מסביר די וו, חוקר במכון מקס פלאנק לביופיזיקה ומחבר שותף של המחקר. "קרן אלקטרונים חודרת לדגימה הקפואה והאינטראקציה של האלקטרונים עם החומר יוצרת תמונה." החוקרים לוקחים תמונות בודדות רבות ומעבדים אותן ומשלבים אותן באופן חישובי כדי להשיג מבנים תלת מימדיים ברזולוציה גבוהה של חלבונים. בדרך זו, הם הצליחו לפענח את המבנים של FLVCR1 ו-FLVCR2 ולראות כיצד הם משתנים בנוכחות אתנולמין וכולין. הדמיות ממוחשבות אישרו והמחישו כיצד חלבוני FLVCR מקיימים אינטראקציה עם אתנולמין וכולין, ומשנים באופן דינמי את המבנה שלהם כדי לאפשר הובלת חומרים מזינים.

Safarian מסכם: "הממצאים שלנו סוללים את הדרך להבנת ההתפתחות וההתקדמות של מחלות נדירות הקשורות לחלבוני FLVCR. בעתיד, ייתכן שהמטופלים יוכלו ליהנות מטיפולים חדשים המשחזרים את איכות חייהם".