למנוע את השקיעה
מחקר בעכברים מצא כי הרכב מסוים של חומצות אמינו בפפטידים יכול לעכב את החלבון הקשור באלצהיימר וכך לאבחן את המחלה עוד לפני הופעת התסמינים ולמנוע את התפתחותה
אוניברסיטת בר-אילן|המחלקה לכימיה
החיים עצמם:
פרופ' שי רהימיפור, נשוי + 1, עלה לארץ מאיראן בגיל 14 ומתגורר ברחובות. בזמנו הפנוי אוהב לקרוא ספרי פילוסופיה ולהאזין למוזיקה פרסית קלאסית.
מחלות רבות, ובעיקר נוירודגנרטיביות (ניוון עצבי), קשורות באגרגציה של חלבונים – מצב שבו המבנה התלת-ממדי שלהם נפגע וכך הם נדבקים ולבסוף מצטברים ושוקעים על תאי המוח כחלקיקים בלתי מסיסים (עמילואידים) ופוגעים בהם. לפני כן, בשלב ההתחלתי של המחלה, מתרחשים תהליכים שבהם נוצרים חלקיקים ראשוניים מסיסים שנקראים אוליגומרים (שאם אינם מטופלים, הופכים לעמילואידים). אחת המחלות השכיחות הקשורות באגרגציה היא אלצהיימר – מחלה ניוונית של המוח שמתאפיינת בירידה בתפקוד קליפת המוח ובהידרדרות קוגניטיבית ומנטלית.
“קיימות מעל 35 מחלות שבהן חלבון אחד או סדרה של חלבונים מאבדים את המבנה התלת-ממדי שלהם ועוברים אגרגציה. עד לפני כ-30 שנה חשבו שהעמילואידים, החלקיקים הבלתי מסיסים, רעילים לתאים וגורמים למחלות. אך מחקרים עדכניים יותר גילו שאין התאמה בין כמות המשקעים הללו לחומרת המחלה. יתרה מזאת, ניסיונות להפחית את העמילואידים הבלתי מסיסים באלצהיימר לא הובילו לשיפור במצב החולים (המחלה המשיכה גם לאחר הפחתתם). לכן חוקרים החלו לחשוד שהתפתחות המחלה טמונה במצב המעבר שלפני השקיעה, שבו נוצרים האוליגומרים, החלקיקים הבלתי יציבים שאינם שוקעים כי הם מסיסים. לאורך הזמן הבינו שהאוליגומרים הם השלב הראשוני של המחלה, בהתפתחותם לעמילואידים”, אומר פרופ’ שי רהימיפור מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת בר-אילן, המתמחה בחלבונים עמילואידיים שגורמים למחלות.
מה השאלה?
כיצד ניתן לגלות מחלת אלצהיימר לפני התפתחותה, למנוע אותה ולטפל בה?
במחקריהם מנסים פרופ’ רהימיפור וצוותו להשפיע על כמות האוליגומרים הנוצרת במוח כדי לתרום למניעת מחלות כגון אלצהיימר ולריפוין. הם מסתמכים על מחקרים שהראו כי עמילואידים שנוצרים מחלבונים שונים וגורמים למחלות שונות, יוצרים מבנים תלת-ממדיים דומים, אשר יכולים לחורר את הממברנה (הקרום) של התאים ולהרוס אותם. בנוסף מצאו כי עמילואידים יכולים ליצור אינטראקציה מולקולרית בינם לבין עצמם, כנראה בשל הדמיון הרב במבנה ובתפקוד שלהם, וכך יכולים לשקוע יחדיו.
לדברי פרופ’ רהימיפור, “גילינו בספרות המקצועית כמה סוגי חלבונים שעוברים אגרגציה יחד במחלות שונות. באלצהיימר למשל ידוע כי כמה סוגי עמילואידים יכולים לשקוע יחדיו במוח. לכן שיערנו שיש להם שפה כימית משותפת שניתן להיעזר בה כדי להשפיע על האגרגציה; החלטנו לבנות מערכת כימית סינתטית פשוטה בעלת מבנה דומה לחלבונים הללו, שתדבר בשפתם של עמילואידים, תתערב באגרגציה, תפחית אותה ותקטין את הרעילות שלהם”.
החוקרים הכינו פפטידים (שרשרות קצרות של חומצות אמינו שמרכיבות את החלבונים) מחומצות אמינו טבעיות L (שקיימות בחלבוני הגוף) ומחומצות אמינו לא טבעיות, סינתטיות D (שלא מוכרות לגוף). זאת מכיוון שמחקרים קודמים מצאו שהרכב זה יכול לייצר מבנה הדומה מאוד לזה הקיים בעמילואידים (Cross-beta-sheet) – כמו של החלבון עמילואיד בטא השוקע במוח באלצהיימר – ולכן יכול לתקשר עמם ב”שפתם”. בהמשך נמצא כי אכן פפטידים אלה יכולים לקשור את המבנה ההתחלתי של שניים-שלושה חלבונים של העמילואיד בטא וכך למנוע את האגרגציה וייצור של אוליגומרים ועמילואידים. “שמנו במבחנה עמילואיד בטא אנושי יחד עם הפפטידים שהכנו וראינו שהם מעכבים את כל התהליך המוקדם של יצירת האוליגומרים הרעילים באלצהיימר”, מציין פרופ’ רהימיפור.
מחקרם האחרון של פרופ’ רהימיפור וצוותו, שזכה במענק מהקרן הלאומית למדע, התבסס על תגלית זו ובו הם ביקשו לדעת אם פפטידים אלו יכולים לשמש גם כסמנים לגילוי מוקדם של אלצהיימר, עוד לפני הופעת תסמיני המחלה, וגם כתרופה למניעתה. בשיתוף פעולה עם חוקרים מקנדה, הם סימנו את הפפטידים בחומר רדיואקטיבי והזריקו אותם לעכברים חולי אלצהיימר (שלתאי העצב במוחם הוחדר עמילואיד בטא אנושי), צעירים ומבוגרים. לאחר מכן עשו לעכברים הדמיה מוחית ב- PET-CTועקבו אחר כמות ומיקום האוליגומרים שהתפתחו במוחם.
משקעי עמילואידים (מסומנים באדום) והפפטידים שמונעים את התפתחותם (מסומנים בירוק) בתאי מוח של עכברים
בניסוי נוסף טופלו העכברים בפפטידים שלוש פעמים בשבוע במשך שלושה-ארבעה חודשים, בשלב מאוד מוקדם של המחלה, לפני הופעת התסמינים. לאחר מכן עברו שלושה מבחנים קוגניטיביים, של התנהגות וזיכרון (בשיתוף פרופ’ איתן אוקון מהמרכז הרב-תחומי לחקר המוח באוניברסיטת בר-אילן). לבסוף מוחם של העכברים נבחן בשיטות ביוכימיות והיסטופתולוגיות כדי לבדוק את כמות האוליגומרים לפני הטיפול בפפטידים ואחריו.
באחד המבחנים הקוגניטיביים הושמו העכברים על משטח עגול ובו כמה חורים אטומים וחור אחד פתוח, שדרכו ניתן לברוח. במשך כשבוע למדו העכברים היכן ממוקם החור הפתוח (למשל באמצעות מזון שהושם עליו). לאחר שבוע זה הוחזרו העכברים למשטח והחוקרים בדקו כמה זמן נדרש להם כדי למצוא את החור הפתוח. גם קבוצת עכברים בריאים (ללא אלצהיימר) וקבוצת עכברים עם אלצהיימר שלא טופלו בפפטידים עברו את אותם מבחנים, הדמיה מוחית וניתוח מוחי.
החוקרים גילו שאחרי שבוע תרגול, העכברים החולים שטופלו בפפטידים הזדקקו לפחות מ-20 שניות כדי למצוא את החור הפתוח, בדומה לעכברים הבריאים. לעומת זאת העכברים החולים שלא טופלו הזדקקו לכ-40 שניות. בהדמיה המוחית ובמוח עצמו, פענחו החוקרים את רמת האוליגומרים וגילו שאצל העכברים שטופלו בפפטידים היא הייתה הרבה יותר נמוכה, באופן משמעותי ומובהק, מזו של העכברים שלא טופלו. “גילינו שהעכברים המטופלים הצליחו במשימה בדומה לעכברים בריאים ושבמוחם הייתה כמות אוליגומרים קטנה מאוד ביחס לעכברים שלא טופלו. כלומר, מחלתם לא התקדמה משמעותית בזמן הטיפול”, מסביר פרופ’ רהימיפור.
עוד גילו החוקרים שהצטברות האוליגומרים החלה באזור מוחי שלא נקשר עד כה לאלצהיימר – התלמוס (שבין השאר אחראי על איכות השינה) – ומשם התפשטה לקליפת המוח (קורטקס) ולהיפוקמפוס. לדברי פרופ’ רהימיפור, “ממצא זה תואם את הפרעות השינה שמופיעות בשלביה הראשונים של אלצהיימר”.
בהמשך ניסו החוקרים לשפר את יעילות הפפטידים באמצעות חיבורם לליפוזומים (מבנים כדוריים מיקרוסקופיים שמורכבים ממעטפת דו-שכבתית שומנית ומשמשים כמערכות הובלה למגוון תרופות). הם גילו שביחד עם הליפוזומים, הפפטידים פעילים ויעילים יותר בהפחתת האוליגומרים, ייתכן בשל הגדלת מספר המולקולות בשטח קטן יותר. “ממצאים אלו מעוררים תקווה רבה לפיתוח תרופה חדשה לטיפול באלצהיימר ואף לאבחונה המוקדם, וכעת אנחנו מתכננים ניסויים קליניים בבני אדם שיבחנו את יעילותה ובטיחותה”, מסכם פרופ’ רהימיפור.