מחקרים

מחקר של פרופ' חררדו לדרקרמר מהמחלקה לחקר התא ואימונולוגיה בפקולטה למדעי החיים של אוניברסיטת תל-אביב הפך על פיה סברה מדעית מקובלת לגבי הגורם למחלות נוירודגנרטיביות כגון מחלת האלצהיימר, הפרקינסון וההנטינגטון. עד כה מקובל היה לחשוב שהצטברות של חלבונים סביב חלבון מוטנטי מחוללת את המחלות הללו, כלומר הורגות את תא המוח – אבל פרופ' לדרקרמר ועמיתיו הראו שגושי החלבונים הם בעצם מנגנון הגנה של התא מפני המחלה.

המחקר של פרופ' לדרקרמר, בשיתוף עם ג'וליה לייטמן מהמחלקה לחקר התא ואימונולוגיה באוניברסיטת תל-אביב, וכן בשיתוף עם פרופ' אולריך הרטל ממכון מקס פלנק לביוכימיה שבגרמניה, התפרסם בכתב העת Nature Communications מקבוצת Nature.

מנגנון הגנה ולא הגורם למחלה

"ברוב המחלות הנוירודגנרטיביות אנו רואים הצטברות של גושי חלבונים", אומר פרופ' לדרקרמר. "פתאום כל החלבונים מסוג מסוים מצטברים בפינה אחת, בכמה פינות או אפילו מחוץ לתא. זו תופעה שהיתה ידועה כבר שנים רבות, ומטבע הדברים קשרו את הופעת הגושים למחלות השונות. הבעיה היתה שהקשר המתאמי בין הגושים למחלות לא היה טוב בכלל. כך, למשל, חוקרים שהשוו בין מוחות של קשישים מצאו הצטברויות של חלבונים גם אצל קשישים שנפטרו כתוצאה מזקנה או ממחלות אחרות לגמרי. מאחר שאנחנו באים מכיוון הביולוגיה של התא, ועובדים עם תרביות תאי עצב, הצלחנו להגיע במחקר הזה לרזולוציות טובות יותר ולעקוב אחרי התהליכים לאורך זמן, לעומת מחקרים קודמים מתחום הנוירוביולוגיה, שעבדו עם מוחות שלמים".

תא בעקה

במחקרו עקב פרופ' לדרקרמר אחר התמודדות התא עם הופעתו של מופע מוטנטי של החלבון הנטינגטין, מחולל מחלת ההנטינגטון. מחלת ההנטינגטון היא תסמונת מוחית חשוכת מרפא שבאה לידי ביטוי בירידה קוגניטיבית של החולה כתוצאה ממותם של תאי מוח, מה שמוביל להפרעות מוטוריות ולמוות. "בהתחלה באמת מצאנו קורלציה ברורה בין הופעת המופע המוטנטי של החלבון הנטינגטין להצטברות החלבונים בתא לידי גושים", מסביר פרופ' לדרקרמר. "אבל אז מצאנו שהגושים הללו אינם גורמים למות התא. ההפך הוא הנכון: מדובר במנגנון הגנה של התא במטרה להתמודד עם העקה שגורם לו החלבון המוטנטי. כמוצא האחרון, התא משלח את כל המולקולות של החלבון המוטנטי אל גוש אחד".

פרופ' לדרקרמר חוקר תהליכים של עקה תאית, כלומר תנאים המכבידים על התנהלותו הרגילה של התא, ואת דרכי ההתמודדות שלו עם גורמי העקה. "התא מנסה להתמודד עם העקה. לפעמים הוא מצליח ולפעמים הוא לא מצליח. אם התא מזהה עקה חמורה שאין באפשרותו להתמודד איתה, אז הוא 'מתאבד' בתהליך מסודר, מדורג ועקבי שנקרא אפופטוזה. בהופעה של גושי הנטינגטין, התא משלח את כל החלבונים הדביקים אל פינה אחת של התא, ובכך מציל את שאר התא ממוות. הרבה מהתאים שמגיעים לשלב הזה בכל זאת ימותו מאוחר יותר, בעקבות העקה הקשה שנגרמה להם. מדובר, אם כן, במוצא אחרון בהחלט".

בשנים האחרונות חברות התרופות משקיעות הון עתק בניסיון לעכב את תהליך יצירת גושי החלבונים, והגיעו עד כדי ניסויים בבעלי חיים. למחקר שמראה שמדובר במנגנון הגנה טבעי של התא, השלכות משמעותיות על פיתוח שיטות לאבחון ולטיפול במחלות נוירודגנרטיביות.

"במקום לנסות לשתק את המגנים של התא, צריך למצוא דרך לעכב את העקה שגורם ההנטינגטין", אומר פרופ' לדרקרמר. "המחקר שלנו אמנם נערך על הנטינגטון, אבל המנגנונים של הופעת גושי חלבונים, עקה תאית ומוות תאי הם, ככל הנראה, תהליכים מאוד דומים גם בפרקינסון, אלצהיימר ושאר המחלות הנוירודגנרטיביות".

מחקר חדש של ד"ר דוד גורביץ וד"ר נועם שומרון, חבר סגל בבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל-אביב, מביא תקווה חדשה לסובלים מדיכאון: בדיקת דם פשוטה תוכל לקבוע מיידית איזו תרופה מתאימה ואיזו תהיה ללא השפעה.

"רצינו למצוא דרך להקל על הרופאים והחולים גם יחד," אומר ד"ר נועם שומרון, ראש המעבדה לגנומיקה יישומית בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת תל-אביב. "אנשים שסובלים מדיכאון נמצאים במצוקה גדולה. הם מתקשים מאוד לעבור את תהליך התאמת הטיפול,  שעלול להימשך שבועות וחודשים. לכן בחרנו להתמקד בפרוקסטין, תרופה נפוצה לדיכאון הנמנית על משפחת SSRI, תרופה המעכבת ספיגה חוזרת של סרוטונין במוח, ושנמכרת בישראל תחת השמות המסחריים סרוקסאט, פקסיל, פקסט, פארוטין ופארוקסטין-טבע. חיפשנו שיטה מהירה, קלה ויעילה יותר לברר כיצד היא תשפיע על מטופל מסוים."

שונות גנטית, תגובה שונה

"מאות מחקרים גנטיים כבר עסקו בתרופות לטיפול בדיכאון, מאז העשור האחרון של המאה שעברה," אומר ד"ר גורביץ. "אך כמעט כולם יצאו מנקודת ההנחה שהבעיה העיקרית בדיכאון היא חוסר של סרוטונין במוח, והמענה לכך, כפי שידוע מזה כ-30 שנה, טמון בתרופות ממשפחת הפרוזאק. הגישה שלנו הייתה שונה לחלוטין. במקום 'לחפש מתחת לפנס', בחרנו להתבונן בכל הגנים (כ-25 אלף) של גנום האדם, ולבדוק אלו מהם מושפעים על ידי תרופות נוגדות דיכאון. סברנו שהשונות הגנטית בין בני אדם משתקפת בוודאי גם בתגובה לתרופות, שאותה ניתן למדוד במבחנה."

החוקרים הוסיפו את התרופה לתרביות של תאי דם לבנים מסוג לימפובלסטואידים, ועקבו אחר התגובה במבחנות השונות . "גילינו שחלוקת התאים בתרביות אחדות מעוכבת מאד על ידי הוספת הפרוקסטין, ואילו בתאים של תורמים אחרים, העיכוב היה קטן יחסית. בשלב הבא בחרנו במספר מסוים של מקרי קיצון - התרביות שהושפעו במידה הרבה ביותר, מול אלה שהושפעו מעט יחסית על ידי הוספת הפרוקסטין," אומר ד"ר שומרון. "ביקשנו  לבדוק אם קיימים הבדלים בולטים בין שני הקצוות ברמה הגנטית והמולקולרית." לשם כך ביצעו החוקרים איפיון מולקולרי כולל של הדגימות הנבחרות, באמצעות צ'יפ גנטי.

החוקרים גילו כי השוני הגדול ביותר בין שתי הקבוצות הוא ברמת ההתבטאות של גן המכונה CHL1. עד עתה, איש מעולם לא קישר את הגן המסוים הזה לדיכאון. עם זאת, החלבון המקודד על ידי הגן CHL1 מוכר בספרות המדעית כחיוני ליצירת סינפסות (קשרים בין תאי עצב) במוח. לפיכך, הממצאים מרמזים שייתכן כי דיכאון אינו נגרם על ידי המחסור בסרוטונין, אלא בשל פגיעה בסינפסות - בעקבות חוסר בחלבונים שתפקידם לתקן סינפסות שנפגעו במצבי עקה (סטרס). התובנה החדשה פותחת פתח לסוג חדש של תרופות נגד דיכאון, אשר במקום להגביר את רמות הסרוטונין במוח, ישפרו את תהליכי התיקון של הסינפסות הפגועות.

תרופה בהתאמה גנטית

מדובר במהפכה שעשויה לייעל מאוד את הטיפול הפסיכיאטרי: רופאי העתיד יוכלו לשלוח את המטופל לבדיקת דם פשוטה, שתבחן כיצד כדוריות הדם שלו מגיבות לתרופות השונות. על פי תוצאות הבדיקה  יוכלו לדעת מיידית - ללא ניסוי וטעיה, תופעות לוואי, והמתנה ארוכה ומתישה - איזו תרופה היא המתאימה ביותר לאותו אדם. שיטה זו עשויה לחסוך לחולה ולרופא זמן, כסף ובעיקר סבל. יתרה מזו, שיטת האיפיון הגנטי אינה מוגבלת לתחום הפסיכיאטריה ועשויה להתאים למגוון עצום של מחלות ותרופות, אותן יוכלו הרופאים להתאים לחולים על פי בדיקת דם פשוטה.

המחקר פורץ הדרך בוצע בפקולטה לרפואה באוניברסיטת תל- אביב על ידי תלמידות המחקר איילת מורג וקרן עובד, בהשתתפות ד"ר מצדה פסמניק-שור ופרופ' משה רכבי, ובסיוע כספי של המדען הראשי במשרד הבריאות - במסגרת הקרן האירופאית  ERA-NET-NEURON ובסיוע מרכז מצוינות I-CORE לחקר בקרת ביטוי גנים של מחלות מורכבות. דר' נועם שומרון הוא גם חבר במרכז אדמונד י. ספרא לביואינפורמטיקה באוניברסיטת תל- אביב.

מחקר חדש של ד"ר אריאל מוניץ מהפקולטה לרפואה באוניברסיטת תל-אביב, חושף את המנגנון הביולוגי העומד מאחורי התמיינותם של תאי דם לבנים בשם אאוזינופילים (Eosinophils) – תאים האחראים לרבים מהתסמינים של מחלות דלקתיות כרוניות, כגון מחלת האסטמה, אלרגיות, מחלות מעי דלקתיות ואף סרטן. המחקר התפרסם בכתב העת היוקרתי Nature Immunology.

"אאוזינופילים הם תאים שבמצב נורמלי מתפתחים במח העצם, נכנסים לזרם הדם ומשם זורמים לרקמות הריריות", מסביר ד"ר מוניץ. "באנשים בריאים אחוז האאוזינופילים בדם הוא נמוך יחסית, בערך 2-5% מכלל התאים הלבנים,  לעומת זאת, אצל חולים במחלות אלרגיות, ובמיוחד אצל החולים באסטמה, ריכוז האאוזינופילים עולה משמעותית. במחלת האסטמה, האאוזינופילים העודפים מתמיינים במח העצם, נכנסים למחזור הדם ובסופו של דבר מגיעים לריאות, שם הם משחררים שורה של מולקולות רעילות, הגורמות באופן ישיר או עקיף לנזק רקמתי, לקוצר נשימה, להפרשת ריר וכו'. למעשה, האאוזינופילים אחראים לחלק ניכר מהסימפטומים המוכרים של מחלת האסטמה".

הקשר החלבוני

עד היום, החלבון IL-5 היה הגורם היחיד המוכר למדע כגורם המשפיע על התמיינות האאוזינופילים.  במחקרם החדש זיהו ד"ר מוניץ, יחד עם הדוקטורנטיות נטעלי מורגנשטרן- בן ברוך ודנה שיק, שני חלבונים נוספים המשחקים תפקיד מכריע בהתמיינות האאוזינופילים.

החוקרים גילו  שחלבון בשם PIR-B מבקר את ייצור האאוזינופילים במח העצם. זהו חלבון ידוע, שמתבטא בתאי דם לבנים נוספים – אך עד היום אף אחד עוד לא קשר אותו לייצור האאוזינופילים, או בכלל להתמיינות תאי דם לבנים. החוקרים התמקדו בחלבון PIR-B לאחר שזיהו שהוא מתבטא ברמות חריגות בתאי אאוזינופילים, ובמיוחד באאוזינופילים שנלקחו מעכברים חולי אסטמה. כאשר ניסו לגדל במעבדה אאוזינופילים ממח העצם של עכבר בריא וממח העצם של עכבר בלי PIR-B, גילו כי כל האאוזינופילים שניסו לגדל בתרביות ללא החלבון הזה מתו בתוך שבוע, ולא התמיינו לכדי תאים בוגרים.

בשלב שני גילו החוקרים  שהחלבון PIR-B בעצם מעכב את פעולתו של חלבון אחר מאותה משפחה: ,PIR-A שמשדר לאאוזינופילים את ההוראה למות. כך נחשף מנגנון ביולוגי שלם, ייחודי לתא הזה: החלבון PIR-B מעכב את פעולתו הקטלנית של החלבון PIR-A בהתאם לריכוז החלבון IL-5, שמעודד התמיינות של אאוזינופילים. כמו במשיכת חבל, כל חלבון מושך לכיוון אחר עד שנוצר איזון.

טיפול חדש באסטמה

למחקר החדש השפעה מכרעת על הבנת התהליכים הביולוגיים שבבסיס התמיינותם של תאי דם לבנים בכלל, ועל הטיפול במחלות דלקתיות כרוניות בפרט. "כל אחד מהחלבונים שזיהינו – גם החלבון שמתווך את הרג האאוזינופילים וגם החלבון שמעכב את פעילות החלבון הקטלני – יכול לשמש כמטרה חדשה לטיפול במחלת האסטמה, וכפוטנציאל לטיפול בכל מחלה המערבת גיוס ושפעול של אאוזינופילים. כאשר השרינו את מחלת האסטמה בעכברי מעבדה שחסר להם החלבון המעכב PIR-B, ראינו כי האאוזינופילים לא מגיעים לריאות, והדלקת האופיינית למחלת האסטמה שככה משמעותית", מסביר ד"ר מוניץ.

המחקר, שארך 4 שנים ונערך בשיתוף פעולה עם המחלקה לאלרגיה ואימונולוגיה בבית החולים לילדים בסינסינטי, אוהיו, מומן חלקית על ידי הקרן הדו-לאומית למדע (BSF), הקרן הלאומית למדעים (ISF), הקרן הישראלית לחקר סרטן (ICRF), מענק מהאיחוד האירופי ומענקי מחקר מה-NIH.

ממחקרים שנעשו בעבר ידוע כי פעילות שכלית וגופנית מאתגרת עשויה להאט את התפתחות מחלת האלצהיימר, אולם כעת מצאו חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב, בשיתוף פעולה עם אוניברסיטת בר-אילן, את המנגנון הביולוגי שעשוי להסביר כיצד בדיוק זה קורה. המחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת Translational Psychiatry, בוצע על ידי ד"ר בועז ברק, ונערך במעבדה של הפרופ' אורי אשרי מהמחלקה לנוירוביולוגיה בפקולטה למדעי החיים ומבית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל-אביב, בשיתוף פעולה עם המעבדות של הד"ר נועם שומרון והפרופ' דניאל מיכאלסון, גם הם מאוניברסיטת תל-אביב, והד"ר איתן אוקון מאוניברסיטת בר־אילן.

חלבון עולה

מחלת האלצהיימר פוגעת לרוב באנשים מעל גיל 65 והיא מלווה בניוון תאים במוח ובאיבוד זיכרון. מעבר לעובדה שמדובר במחלה חשוכת מרפא שמטילה עול כבד על משפחתו של החולה, ברמה הביולוגית מאופיינת המחלה בירידה בכמות החלבונים האחראים על תהליך התקשורת בין תאי העצב במוח – מה שמוביל לפגיעה ביכולות הקוגניטיביות והפיזיות של החולה. אולם, במשך השנים התברר כי רמת החלבונים האלו עולה משמעותית בעקבות חשיפה לסביבה עשירה בגירויים. במסגרת המחקר השוו החוקרים את כמות המיקרו־רנ"א (microRNA), המולקולה שאחראית על בקרת רמת החלבונים בתא, אצל עכברים בריאים ואצל עכברי מודל למחלת האלצהיימר - כלומר, עכברים שהונדסו גנטית כך שיפתחו את המחלה יחד לצורך הניסוי.

בתחילה השווה צוות החוקרים את כמות רצפי המיקרו-רנ"א בעכברים בריאים שגודלו בסביבה מועשרת בגירויים קוגניטיביים ופיזיים, לזו של עכברים בריאים שגודלו בסביבת גידול רגילה. בשלב שני השוו החוקרים את כמות רצפי המיקרו-רנ"א בעכברי מודל לאלצהיימר שגודלו בסביבת גידול רגילה, לזו של עכברים בריאים בני אותו גיל שגודלו בסביבה דומה. בשלב האחרון נבדק אם ישנם רצפי מיקרו־רנ"א שעלו בעקבות מחלת האלצהיימר מצד אחד, וירדו בעקבות החשיפה לסביבה מועשרת מהצד האחר (שינוי הופכי).

"אותם רצפי מיקרו-רנ"א שנמצאו כמשתנים באופן הופכי בעקבות האלצהיימר והחשיפה לסביבה מועשרת נמצאו גם כאחראים על ביטוי אותם חלבונים שמשפיעים על התקשורת בין תאי העצב במוח", אומר הד"ר ברק. "הביטוי של אותם רצפים בתא עלה בעקבות החשיפה למחלת האלצהיימר - ולפיכך הוביל לירידה בכמות החלבונים שעלולים לפגוע בפעילות עצבית במוח. לעומת זאת, החשיפה לסביבה המועשרת הראתה ירידה בביטוי רצפי המיקרו־רנ"א, וכתוצאה מכך לעלייה בכמות החלבונים, שעשויה להביא לשיפור בפעילות העצבית במוח".

לשכוח בעתיד מאלצהיימר

בנוסף גילה צוות החוקרים מספר רצפי מיקרו־רנ"א שעברו שינוי כמותי בשלבים מוקדמים מאוד של המחלה, כך שבעתיד יוכלו לשמש לזיהוי מוקדם של המחלה - אולי אפילו בבדיקת דם פשוטה. "רצפים אלה לא היו ידועים למדע, ויש להם חשיבות מכרעת להבנת השלבים ראשונים של המחלה ברמה התאית. מחקרים שנערכו בשנים האחרונות מראים שאפשר לבודד ולכמת את רמת הביטוי של רצפי מיקרו־רנ"א שונים בבדיקת דם רגילה, ואני מקווה שכבר בשנים הקרובות ניתן יהיה לזהות שינויים כאלה גם במוח עצמו ולא רק בדם", אומר ד"ר ברק.

להערכת ברק, ייתכן שממצאי המחקר ישמשו להתאמת טיפול נקודתי לכל חולה לפי קצב התקדמות מחלתו, וכן לעיכוב של ממש בפגיעה בפעילות העצבית על ידי ביטוי מוגבר או הפחתת הביטוי של רצפי המיקרו-רנ"א, בהתאם לנדרש.

לדברי פרופ' אשרי, ידוע היום כי תרגילים מנטאליים ותרגילי כושר משפרים את מצבם של החולים באלצהיימר. אותם רצפי מיקרו-רנ"א, שבמקרה הזה נבדקו אצל עכברי מעבדה שמהווים מודל למחלת האלצהיימר, לא רק משפרים את מצבם של החולים אלא גם מתפקדים כמו מתגי שליטה תאיים אשר מפעילים קבוצה שלמה של חלבונים שאחראיים על פונקציות תאיות רבות וחיוניות. ממצאי המחקר הנוכחי מאפשרים לחקור את המחלה בצורה נקודתית יותר ומשפרים את יכולת החוקרים לפתח תרופה מוכוונת מטרה.