טיפולי רנ"א במחלות זיהומיות: מנגנון גנטי בטפיל הטריפנוזומה עשוי להיות המפתח

טפיל הטריפנוזומה ברוסאי נחקר רבות בעשורים האחרונים. הסיבה לכך אינה רק בשל כך שהוא גורם למחלת השינה האפריקנית, שעלולה להיות קטלנית לאדם ולבקר, אלא גם בשל העובדה שהוא קל לגידול במעבדה ונוח למניפולציות גנטיות. אולם, על אף המחקרים הרבים, טרם נחשפו במלואם המנגנונים הגנטיים של הטפיל. מחקר פורץ דרך, שנערך בפקולטה למדעי החיים ע"ש מינה ואבררד גודמן באוניברסיטת בר-אילן בהובלת פרופ' שולמית מיכאלי, הצליח לחשוף מנגנון גנטי שעשוי לשמש לפיתוח טיפולים חדשים למחלת השינה ולמחלות זיהומיות אחרות.

שני מאכסנים, טפיל אחד – טפיל הטריפנוזומה

טפיל הטריפנוזומה עובר במהלך חייו בין שני מאכסנים – חרק ויונק, והוא משנה את צורתו ואת תפקודיו בהתאם. ביונק, הטפיל חי במחזור הדם, שם הוא מתרבה ומתפשט. לאחר שניצל כמעט עד תום את משאבי גוף היונק, וצפיפותו במחזור הדם עולה לסף קריטי שיגרום למותו של היונק, מתחיל הטפיל לעבור תהליך של שינוי-צורה והתאמה למעבר למאכסן אחר – זבוב הצה צה מוצץ הדם. כאשר זבוב הצה צה מוצץ דם של יונק שבו מצוי הטפיל במצב זה, עוברים הטפילים למעי של זבוב הצ׳ה צ׳ה, שם הם מתמיינים לכמה מופעים שונים תוך התאמה למאכסן החדש. כאשר משאבי הזבוב הולכים ומידלדלים, נעים הטפילים מהמעי אל בלוטות הרוק שלו, ומבשילים למופע שמתאים להדבקת יונק. אז, כאשר עוקץ הזבוב יונק נוסף, עוברים הטפילים לדמו וגורמים לו למחלה, וחוזר חלילה.

מנגנוני הדנ"א והרנ"א של הטריפנוזומה נחקרים על ידי מדענים, בין השאר כדי להבין כיצד פועלים תהליכי שינוי הצורה שלו. פענוח מנגנונים אלה עשוי לסייע לפיתוח טיפולים נגד מחלת השינה האפריקנית ומחלות זיהומיות דומות כמו מחלת הצ'אגאס ומחלת שושנת יריחו (לישמניאזיס) הנגרמות על ידי טפילים מאותה משפחה. מעבר לכך, כפי שהתרחש מספר פעמים בעבר, חקר הטריפנוזומה עשוי אף לחשוף תהליכי תורשה ומנגנונים ביולוגיים כלליים יותר שמשותפים גם לאורגניזמים אחרים.    

נקודת התורפה של הטריפנוזומה: המעבר מיונק לחרק

כאמור, במהלך חייו עובר הטפיל בין מאכסן חרק למאכסן יונק, וחוזר חלילה. בצורתו בדמם של יונקים, מצוי הטפיל באחד משני מופעים משניים: מופע "דק (Slender) " ומופע "עבה"(Stumpy) .

במופעו הדק, נמצא הטפיל במצב פעיל והוא מתפשט ומתרבה במחזור הדם של היונק תוך שהוא חומק ממערכת החיסון של היונק. כאשר מגיע הטפיל לצפיפות קריטית, מזהים זאת מנגנוני חישת צפיפות שלו, ומאותתים לו לעבור למופע העבה וה"רדום". כתוצאה מהמעבר למופע זה, מוגבלת אוכלוסייתו בדם המאכסן היונקי, וכתוצאה מכך הישרדות היונק גוברת ומאפשרת גם לטפיל לשרוד, בניסיון לעבור למאכסן הבא – זבוב הצה צה.

השינויים הגורמים לטפיל לעבור למצב רדום זוהו על ידי המדענים כנקודת תורפה של הטפיל, שעשויה להיות יעד להתערבות רפואית שתפחית את יכולתו של הטפיל להתרבות בגוף היונק. כדי לחשוף את המנגנונים האלה, התמקדו החוקרים במיפוי סוג מסוים של מולקולות רנ"א המעורבות בתהליכי הבקרה הגנטית של הטפיל, המכונות "רנ"א ארוכות שאינן מקודדות" (כלומר, מולקולות רנ"א שאינן אחראיות לקידוד – ייצור חלבונים בהתאם לקוד הגנטי). מיפוי זה יכול להוביל לגילוי מידע נוסף על האופן שבו הטפיל עורך את הבקרה המובילה למעברו למצב רדום.

רנ"א "גראמפי": הרגולטור האחראי לשינוי המופע בטפיל

כדי לבצע את המיפוי, ולחשוף את מגוון מולקולות ה"רנ"א הארוכות שאינן מקודדות" ואת תפקודיהן בטפיל הטריפנוזומה, השתמשו החוקרים בשילוב של ריצוף רנ"א, אנליזות ממוחשבות, ואינטגרציה של נתוני הריצוף במסדי נתונים קיימים.

באופן זה, החוקרים זיהו 1,428 מולקולות רנ"א ארוכות שאינן מקודדות, זאת לעומת 95 בלבד שזוהו לפני המחקר. לאחר תהליך סינון ייחודי זיהו החוקרים בתוך אותם 1,428 רצפים 399 גנים המעורבים בתהליכי הבקרה הגנטית בטריפנוזומה. מבין גנים אלה בודדו החוקרים גן המקודד לרצף רנ"א ייחודי, שאותו כינו בהמשך "גראמפי".

ריצוף עומק של הגן המבטא את הרנ"א גראמפי בוצע בטפילי טריפנוזומה בשני המופעים שלהם ביונק: הפעיל והרדום. כאשר בחנו החוקרים את התבטאות ה"רנ"א גראמפי" הם גילו כי אלו מתבטאות באופן שונה בשני המופעים בטפיל, וכי במופעו העבה – מוגברת פעילות גן זה. מתברר, שהרנ"א גראמפי משמשת גורם מפקח על התפתחותו של הטפיל ועל המעבר ממצב פעיל לרדום. רנ"א הגראמפי עושה זאת על ידי היקשרות לשני רצפי רנ"א אחרים, שלהם תפקיד בייצורם של חלבונים הנדרשים למעבר למצב "רדום". כך, ביטוי יתר של הגן מאותת לטפיל למעבר למצב הרדום.

מתיאוריה למעשה: ניסויים בתרביות תאים ובחיות מעבדה

כעת ביקשו המדענים לבחון אם ביצוע מניפולציות על מנגנון זה ישפיעו על תהליך שינוי המופע של הטפיל למצב עבה ורדום גם לא במצב של תנאי צפיפות גבוהים. ראשית, הם בחנו זאת בתרביות של תאי טריפנוזומה במעבדה. בטכנולוגיות הנדסה גנטית, גרמו החוקרים על ידי מניפולציות לביטוי-יתר של הגן, והדגימו כי הדבר אכן הוביל להתמיינות הטפיל למופעו העבה והרדום.

בשלב הסופי, ביקשו החוקרים לבחון את ממצאיהם גם בניסויים בחיות מודל – עכברי מעבדה.

לשם כך, הדביקו החוקרים את עכברי המעבדה בטפילים שהונדסו גנטית כך שיבטאו-ביתר את הגן האחראי לייצור רנ"א גראמפי. קבוצת עכברים שהודבקו בטפילים שלא עברו מניפולציה שימשה קבוצת ביקורת.

העכברים שהודבקו בטפיל שלא עבר מניפולציה, כצפוי, הפכו יותר ויותר חולים ולבסוף מתו. לעומתם, עכברים שהודבקו בטפיל שעבר מניפולציה ומבטא-ביתר גראמפי לא חלו ולא מתו כתוצאה מזיהום. בכך הוכיחו המדענים כי עריכת מניפולציה היוצרת ביטוי-יתר של גראמפי גרמה לטפיל להיות במצב רדום, וכי במצב זה הוא אינו גורם למחלה.

נוסף על כך ביקשו החוקרים לבדוק אם אפשר להשתמש במנגנון זה כדי להאט את התקדמות המחלה בעכברים שכבר פיתחו מחלה. לצורך כך, ביצעו המדענים את ההתערבות הגורמת לביטוי-יתר של גראמפי בעכברים שהודבקו ארבעה ימים קודם לכן בטפיל הפעיל והחלו לפתח מחלה. התוצאות: תוחלת החיים של שלושה עכברים הייתה גבוהה משמעותית בהשוואה לעכברים שלא בוצעה בהם המניפולציה, ועכבר אחד נרפא לגמרי מהמחלה.

ניסויים אלה בעכברים אישרו את שהעריכו החוקרים מניסוייהם בתרביות תאים: בעוד טפילים שלא עברו מניפולציה החלו להתמיין למופע העבה והרדום רק בתנאי צפיפות גבוהים של הטפיל, טפילים שביטאו-ביתר את ה"רנ"א גראמפי" החלו להתמיין למופע העבה גם בתנאי צפיפות נמוכים שבהם לכאורה היה עליהם להיות במצב דק ופעיל.

בכך הצליחו החוקרים להוכיח כי הצליחו למצוא את נקודת התורפה של הטפיל – רצף רנ"א שמפעיל את תהליך המעבר של הטפיל למצב רדום כאשר תנאי הצפיפות גבוהים. ניצול מנגנון זה להתערבות גנטית שתגרום לטפיל לעבור ממצבו הפעיל והמזיק למצבו הרדום, על ידי התמיינות מוקדמת, יכול לצמצם את מידת התחלואה מהטפיל ולהאריך משמעותית את תוחלת החיים.

בשורה התחתונה: פריצת דרך מדעית

במחקר פורץ דרך זה זיהו החוקרים מנגנון מולקולרי חדש בטפיל הטריפנוזומה, גילוי הפותח שדה חדש למחקר ולפיתוח של אסטרטגיות טיפול במחלת השינה ובמחלות אחרות הנגרמות על ידי נגיפים מאותה משפחה.

מעבר לכך, בחקר מנגנון ה"גראמפי" תיעדו המדענים למעשה לראשונה בהיסטוריה של המדע מנגנון תפקודי של רנ"א ארוכות שאינן מקודדות לחלבון בטפיל זה, והראו כיצד הוא משפיע על ייצור חלבונים הקשורים למעבר בין מצבים שונים של הטפיל. מחקרים עתידיים יוכלו לומר אם מנגנון זה, הפועל "מאחורי הקלעים" של המערכת הגנטית, הינו בלעדי לטריפנוזומה או שהוא עיקרון כללי ומשותף לאורגניזמים נוספים, גילוי שעשויות להיות לו השלכות נרחבות לא רק בעולם חקר הגנטיקה, אלא גם בתחומי מדעי החיים, הביולוגיה והרפואה.