מדוע טורחים תאי גופנו לבצע פעולה הנוגדת, לכאורה, את כל חוקי ההיגיון – להרוס בשיטתיות חלבונים תקינים לגמרי שזה עתה נוצרו? מחקר חדש, שהתבצע במכון ויצמן למדע בשיתוף עם מדענים מגרמניה, מגלה כי, ככל הנראה, פעולה זו חיונית לתפקודו התקין של התא. יתר על כן, שיבושים בפעולה זו עלולים להיות קשורים למחלת אלצהיימר.
ממצאי המחקר שהניב תובנה זו פורסמו בכתב-העת המדעי Molecular Cell.
ד"ר מאיה שולדינר, ותלמיד המחקר ד"ר שי פוקס, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, בשיתוף עם ד"ר מריוס למברג וד"ר דונם אבצי מאוניברסיטת היידלברג שבגרמניה, רצו להבין כיצד פועל פרסנילין (presenilin), חלבון שמתחוללת בו מוטציה אצל חולים באחד מסוגי מחלת אלצהיימר (שהוא גם תורשתי ומתפרץ בגיל צעיר יחסית).
כדי להבין את מנגנון פעילותו של פרסנילין בחנו המדענים תחילה את "האב הקדמון" של חלבון זה, חלבון שמרים הקרוי Ypf1. כאשר הוציאו את Ypf1 מתאי השמרים, נוצר בתא עודף חלבון אחר שתפקידו לשאוב אבץ, שהוא מתכת חיונית, אל תוך התא. למעשה, בתא ישנן שתי "משאבות" אבץ, אך רק אחת מהן הושפעה מהוצאת הפרסנילין: משאבת ה"טורבו", אשר קושרת את האבץ בחוזקה, ושואבת אותו לתוך התא ביעילות גבוהה. המשאבה השנייה, הקושרת את האבץ בקשר חלש יותר, לא הושפעה כלל. המדענים הגיעו למסקנה, שכנראה תפקיד ה-Ypf1, שהוא אנזים אשר מפרק חלבונים אחרים, הוא לפרק את משאבות הטורבו של האבץ בתא.
מערכות בעלות שתי משאבות היו נושא למחקר שביצעה פרופ' נעמה ברקאי במכון, לפני מספר שנים, ובמסגרתו נחשף כי המשאבות החלשות אומנם יעילות פחות, אך הן רגישות ביותר לתנודות רמת החומר בתא, וכאשר רמת החומר יורדת, הן מפעילות את משאבות ה"טורבו"; האחרונות אומנם רגישות פחות לתנודות רמת החומר בתא, אבל מסוגלות לאחסן את החומר המזין, כהכנה למחסור המתקרב. דבר נוסף שהתגלה במחקרה של פרופ' ברקאי הוא, שתאים בריאים מתבססים, רוב הזמן, על המשאבות היעילות פחות, ומאפשרים למשאבות ה"טורבו" לעלות לפני השטח של התא ולהיכנס לפעולה אך ורק בעת הצורך.
מעין מנגנון בטיחות כעת ביקשו ד"ר שולדינר ושותפיה למחקר לבדוק כיצד משפיע עודף משאבות ה"טורבו" שעל פני השטח של התא על יכולתו להתכונן למחסור. הם מצאו, כי תאים ללא חלבון ה-Ypf1, המפרק משאבות אלה, זיהו את המחסור באבץ רק אחרי זמן רב. לכן הם לא תיפקדו כראוי בזמן המחסור במתכת זו, והשתקמו ממנו אחרי זמן רב יותר מאשר תאים רגילים, בהם פועל ה-Ypf1 כראוי. מעבר לכך, גם משאבות ה"טורבו" האחראיות לחומרים מזינים נוספים לא פעלו כראוי.
"כנראה, יצירת משאבות ה'טורבו' ופירוקן מהווים מעין מנגנון בטיחות, שהתפתח בתאים כדי לוודא שרמת החומרים המזינים, כגון אבץ, נשמרת בתא ביציבות מרבית", אומר ד"ר פוקס. "אמנם, אנחנו עוד לא יודעים האם וכיצד בדיוק מנגנון זה קשור למחלת אלצהיימר, אך יש ראיות לכך שאבץ, ושינוע מתכות בתאים באופן כללי, עשויים למלא תפקיד מרכזי בגרימת מחלה זו ובהתפתחותה".
מוסיפה ד"ר שולדינר: "ייתכן שהתגלית שלנו תפתח כיווני חשיבה חדשים לגבי גורמי מחלת אלצהיימר, שלעת עתה אינם מובנים היטב".
