חוקרים פיתחו בעכברים מערכת שפוגעת בייצור חלבונים פגומים בתאי עצב, כדי למנוע מחלות שנגרמות מהם.
מי שמע על “הפרה המשוגעת”? אין זו פרה של ממש, אלא מחלה נדירה שנודעה לשמצה בשנות התשעים ובראשית שנות האלפיים. המחלה – או בשמה הרשמי, ספגת המוח של הבקר – לא רק הרגה עשרות אלפי פרות בממלכה המאוחדת, אלא פגעה גם בבני אדם: אכילת בקר נגוע עלולה להדביק את האוכלים ולגרום להם לפתח מחלת קרויצפלד-יעקב – מחלת מוח ניוונית, חשוכת מרפא וקטלנית, שמובילה למוות בתוך חודשים ספורים ממועד ההדבקה.
מחלת “הפרה המשוגעת” ומחלת קרויצפלד-יעקב הן מחלות פריונים, שנובעות מהימצאות חלבונים פגומים במוח. פְּרִיוֹן (prion) הוא חלבון פגום שאינו מקופל כהלכה, ועלול להעביר את התכונה הזו לחלבונים הסמוכים לו. הפריון יכול להיות פעיל או לא פעיל; כשפריונים פעילים באים במגע עם חלבונים תקינים, הם מסוגלים להפוך גם אותם לפריונים פעילים, שהופכים חלבונים אחרים לפריונים, וכן הלאה בתגובת שרשרת הרסנית. הפגם בחלבונים גורם להרס תאי מוח, והמחלה מתפשטת בו במהירות. הפריונים הם חלבונים עמידים במיוחד, שאינם נהרסים גם בבישול, ולכן אכילת בשר נגוע, או שימוש בציוד רפואי שלא נוקה כהלכה, עלולים לגרום להידבקות במחלה.
אצל בני אדם, החלבון התקין נקרא PrPc; הוא נמצא בעיקר במוח, תפקידו לא ברור והוא יכול לשנות את צורתו. במקרה כזה נוצר חלבון פגום עמיד ביותר, שמסוגל לזהות את החלבון התקין ולשנות גם את צורתו לצורה הפגומה. כך המחלה מתפשטת במוח, עד שלבסוף נגרם נזק בלתי הפיך למבנה שלו. מוח של אדם או של בעל חיים חולים ייראה, בשל הרס התאים, מחורר ונקבובי כמו ספוג. מחקר חדש מציע טיפול שעשוי, בתקווה, למנוע את התפשטות המחלה במוח.
בלי קריספר, מה עכשיו?
כבר לפני שלושה עשורים התגלה שעכברים ללא הגֵן ל-PrPc עמידים למחלת סקרֵייפּי – מחלת פריונים נוספת, שפוגעת בעיקר בכבשים. מחקרים מאוחרים יותר הראו שהפחתת כמות החלבון PrPc בתאי עצב מאיטה ואף עוצרת את התפשטות הפריונים. לכאורה, אפשר להשתמש בטכנולוגיית קריספר לעריכה גנטית כדי לשנות את הגֵן באופן יזום, אולם מכיוון שתפקיד החלבון לא ברור דיו, תרחיש כזה מעלה חשש לפגיעה בפעילות המוח. טכנולוגיית קריספר עלולה גם לגרום למוטציות במקומות נוספים, לא רצויים. חיסרון נוסף של מערכת קריספר בהקשר הזה הוא הקושי להכניס אותה לתאי המוח, בגלל מחסום הדם-מוח.
מחקר של ג'ונתן וייסמן (Weissman) מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) וסוניה וולאב (Vallabh) ממכון ברוד הסמוך לו, שפורסם בכתב העת Science, נבנה סביב ניסיון “לכבות” את פעילות הגֵן הבעייתי. בשיטה הזו מכניסים ל-DNA של הגֵן הרצוי חלבון שמשפיע על פעילותו, אך לא מייצר מוטציות – כלומר, לא משנה את המידע הקיים. שינויים כאלה יכולים להפעיל גנים או להשתיק את פעילותם, לעיתים לזמן רב ואפילו מדור לדור.
אבץ באצבעות
החוקרים פיתחו מערכת וביקשו להכניסה לתאי המוח בעזרת נגיף בשם AAV – נגיף שמתרבה רק בתאים שכבר הודבקו בנגיף אחר, ולפיכך משמש חוקרים רבים לפיתוח טיפולים גנטיים. הנגיף מסוגל לעבור את מחסום הדם-מוח, אך מדובר בנגיף קטן, שיכול לשאת מידע גנטי מוגבל. מערכת קריספר, לדוגמה, גדולה מדי עבור AAV, ולכן החוקרים חיפשו מערכת אחרת. הם בחרו להשתמש במערכת שמבוססת על חלבוני אצבעות אבץ (zinc finger proteins) – מבנים חלבוניים שמכילים אטומי אבץ ויכולים לזהות רצפים מסוימים ב-DNA ולהיקשר אליהם. הגֵן המכיל את המידע לייצור אצבעות האבץ קטן דיו כדי להתאים למערכת ה-AAV.
לאצבעות האבץ חיברו מקטע קצר של החלבון היסטון H3. היסטונים הם חלבונים שמשמשים לאריזת ה-DNA בגרעין התא, ושינויים כימיים בהם מספקים לתא מידע לגבי הפעלת גֵנים או השתקתם. במקרה הזה, המקטע של היסטון H3 מפעיל אנזים בשם DNA מתיל-טרנספראז 3A (ובקיצור DNMT3A), אחד האנזימים בתא שמשנים כימית את ה-DNA וגורמים להשתקת גֵנים. תחילה עלתה האפשרות להוסיף למערכת גם את האנזים DNMT3A עצמו, אך נמצא שתוספת שלו, מעבר לכמות הטבעית שכבר קיימת בתאים, גורמת למותם.
כתחליף ל-DNMT3A, החוקרים השתמשו בחלבון נוסף בשם DNMT3L, שפועל יחד עם DNMT3A ואינו רעיל לתאים. כאשר החוקרים הכניסו לתאים את המערכת המשולבת הזו – אצבעות אבץ, היסטון H3 וגם DNMT3L – המערכת גייסה את DNMT3A לגֵן של הפריון, והפסיקה את פעולתו. לאחר כמה ימים ירדה רמת הפריון בתאים בתרבית, וכן בתאים במוח של עכבר, לכ-20 אחוזים מרמתה המקורית, ונותרה נמוכה גם לאחר שישה שבועות.
מערכת נגד עצמה
אחת הבעיות של שימוש ב-AAV היא שהנגיף נותר בתאי המוח, וממשיך לייצר את החלבון המבוקש גם לאחר שההשפעה הטיפולית שלו כבר הושגה. כמות חלבון עודפת כזאת יכולה לגרום לשינויים גנטיים או אפיגנטיים אחרים, וכן להפעלה לא רצויה של מערכת החיסון נגד התאים המודבקים. על מנת להתגבר על כך, החוקרים הוסיפו למערכת אצבע אבץ נוספת, שמזהה את הגן של עצמה בנגיף ה-AAV. כך נוצר היזון חוזר: כאשר רמת החלבון של אצבעות האבץ עולה, המערכת פועלת להשתיק את הגן של עצמה. החוקרים תכננו את המערכת כך שתשתיק קודם את הגן של הפריון ורק לאחר מכן את עצמה. גם המערכת הזו, עם ההיזון החוזר, פעלה היטב בעכברים.
החוקרים מציינים שלפי מחקרים קודמים, הפחתת רמת הפריונים ל-20 אחוזים מהרמה בתחילת הניסוי אמורה להספיק כדי לבלום את התפשטות המחלה. עם זאת, הם לא בדקו את יעילות המערכת על עכברים שנדבקו במחלת פריונים. בנוסף, למרות הטענה שרמת הפריונים המצומצמת לא אמורה לפגוע בפעילות המוחית, הם לא בדקו את פעילות המוח הלכה למעשה, וגם לא את התנהגותם של העכברים. החוקרים מציינים שלא נצפו תופעות לוואי שישה שבועות לאחר הטיפול, אולם ההשפעה לטווח ארוך לא נבדקה. ובכל זאת, למרות כל מגבלותיו, כצעד ראשוני המחקר נותן תקווה שיפותח טיפול יעיל למחלות הפריונים, שנחשבות כעת חשוכות מרפא.
מאת: דר' גל חיימוביץ'
באדיבות מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
https://davidson.weizmann.ac.il/
