פתיחת קוד הסרטן: חוקרים של ג'ונס הופקינס חושפים כיצד תאים נראים

מדענים ב-Johns Hopkins Medicine מיפו מסלול מולקולרי בתאי שד וריאות אנושיים שעלולים להוביל לשכפול גנום מוגזם, סימן היכר של תאי סרטן.

הממצאים, שפורסמו לאחרונה בכתב העת מַדָעחושפים מה משתבש כאשר קבוצה של מולקולות ואנזימים מפעילה ומווסתת את מה שמכונה "מחזור התא", התהליך החוזר של יצירת תאים חדשים מהחומר הגנטי של התאים.

הממצאים יכולים לשמש לפיתוח טיפולים שמפריעים להפרעות במחזור התא, ויש להם פוטנציאל לעצור את הצמיחה של סוגי סרטן, מציעים החוקרים.

כדי לשכפל, תאים עוקבים אחר שגרה מסודרת שמתחילה ביצירת עותק של כל הגנום שלהם, ולאחר מכן הפרדת עותקי הגנום, ולבסוף, חלוקת העותקים המשוכפלים. DNA באופן שווה לשני תאי "בת".

לתאים אנושיים יש 23 זוגות של כל כרומוזום – חצי מהאם וחצי מהאב, כולל כרומוזומי המין X ו-Y – או 46 בסך הכל, אבל ידוע שתאים סרטניים עוברים מצב ביניים שיש לו מספר כפול מזה – 92 כרומוזומים . איך זה קורה היה בגדר תעלומה.

"שאלה מתמשכת בקרב מדענים בתחום הסרטן היא: איך הגנום של תאי הסרטן מתקלקל כל כך?" אומר סרג'י ריגו, Ph.D., פרופסור חבר לביולוגיה מולקולרית וגנטיקה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס. "המחקר שלנו מאתגר את הידע הבסיסי של מחזור התא וגורם לנו להעריך מחדש את הרעיונות שלנו לגבי איך המחזור מווסת."

אתגרים בוויסות מחזור התא

רגוט אומר שתאים שנלחצים לאחר העתקת הגנום יכולים להיכנס לשלב רדום או מזדקן, ולהסתכן בטעות להעתיק את הגנום שלהם שוב.

באופן כללי ובסופו של דבר, תאים רדומים אלה נסחפים על ידי המערכת החיסונית לאחר שהם "מזהים" כפגומים. עם זאת, ישנם מקרים, במיוחד כשבני אדם מזדקנים, שבהם המערכת החיסונית לא יכולה לנקות את התאים. כשהם נשארים לבדם להתפתל בגוף, התאים הלא תקינים יכולים לשכפל שוב את הגנום שלהם, לערבב את הכרומוזומים בחלוקה הבאה, ומתחיל סרטן גדל.

במאמץ לאתר פרטים על המסלול המולקולרי המשתבש במחזור התא, רגוט ועוזר המחקר בוגר קונור מקני, שהוביל את צוות ג'ונס הופקינס, התמקדו בתאים אנושיים המצפים את צינורות השד ורקמות הריאה. הסיבה: תאים אלה מתחלקים בדרך כלל בקצב מהיר יותר מאשר תאים אחרים בגוף, מה שמגדיל את ההזדמנויות לדמיין את מחזור התא.

צפו בסרטון זה של תא שעובר את שלב מחזור התא של שכפול הגנום שלו פעמיים מבלי להתחלק. נקודות בהירות מופיעות בגרעין התא המציינות היכן משוכפל ה-DNA. קרדיט: מעבדת Sergi Regot, Johns Hopkins Medicine

המעבדה של Regot מתמחה בהדמיה של תאים בודדים, מה שהופך אותה למתאימה במיוחד לזהות את האחוז הקטן מאוד של תאים שלא נכנסים לשלב הרדום וממשיכים לשכפל את הגנום שלהם.

עבור מחקר חדש זה, הצוות בחן אלפי תמונות של תאים בודדים בזמן שהם עברו חלוקת תאים. החוקרים פיתחו חיישנים ביולוגיים זוהרים לתיוג אנזימים תאיים הנקראים קינאזות תלויות ציקלין (CDK), הידועים בתפקידם בוויסות מחזור התא.

הם ראו שמגוון של CDKs הופעל בזמנים שונים במהלך מחזור התא. לאחר שהתאים נחשפו לגורם לחץ סביבתי, כמו תרופה המשבשת את ייצור החלבון, קרינת UV או מה שנקרא לחץ אוסמוטי (שינוי פתאומי בלחץ המים סביב תאים), החוקרים ראו שפעילות CDK 4 ו-CDK 6 פחתה .

ממצאים על שיבושים במחזור התא

ואז, חמש עד שש שעות מאוחר יותר, כשהתאים התחילו בהכנות להתחלקות, גם CDK 2 עוכב. בשלב זה, קומפלקס חלבון הנקרא אנפאזה מקדם קומפלקס (APC) הופעל במהלך השלב רגע לפני שהתא מתפרק ומתחלק, שלב שנקרא מיטוזה.

"בסביבה הלחוצה במחקר, הפעלת APC התרחשה לפני מיטוזה, כאשר בדרך כלל ידוע שהיא מופעלת רק בזמן מיטוזה", אומר רגוט.

כ-90% מתאי השד והריאות עוזבים את מחזור התא ונכנסים למצב שקט כאשר הם נחשפים לגורמי לחץ סביבתיים כלשהם.

בתאי הניסוי שלהם, לא כל התאים השתתקו.

צוות המחקר ראה כיצד כ-5% עד 10% מתאי השד והריאות חוזרים למחזור התא, מחלקים שוב את הכרומוזומים שלהם.

באמצעות סדרה נוספת של ניסויים, הצוות קשר עלייה בפעילות של מה שמכונה קינאזות חלבון המופעלות על ידי סטרס לאחוז הקטן של תאים שעוקפים את השלב השקט וממשיכים להכפיל את הגנום שלהם.

Regot אומר שיש ניסויים קליניים מתמשכים הבודקים חומרים מזיקים ל-DNA עם תרופות שחוסמות CDK. "ייתכן ששילוב התרופות עשוי לדרבן חלק מתאי הסרטן לשכפל את הגנום שלהם פעמיים וליצור את ההטרוגניות שבסופו של דבר מקנה עמידות לתרופות", אומר רגוט.

"ייתכן שיש תרופות שיכולות לחסום את הפעלת APC לפני מיטוזה כדי למנוע מתאי סרטן לשכפל את הגנום שלהם פעמיים ולמנוע התקדמות בשלב הגידול", אומר רגוט.

חוקרים נוספים שתרמו למחקר כוללים את יובל לנדנר, אדלר גררו-זוניגה, נילדרי סינהה, בנג'מין ורסקו וטימותי איקין מג'ונס הופקינס.

המימון למחקר ניתן על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאות המכון הלאומי למדעי הרפואה הכלליים (T32-GM007445, 1R35GM133499) והמכון הלאומי לסרטן (1R01CA279546), הקרן הלאומית למדע והאגודה האמריקנית לסרטן.