קיפול מהיר, תפקוד תקין
חומצת האמינו סלנוציסטאין עשויה להיות המפתח לריפוי מחלות שנובעות מתקלות בקיפול חלבונים
האוניברסיטה העברית|הפקולטה למתמטיקה ולמדעי הטבע
החיים עצמם:
פרופ’ נורמן מטאנס, נולד בכפר מראר שבצפון וכיום מתגורר בירושלים. נשוי ואב לשלושה ילדים, ובזמנו הפנוי אוהב לבלות עם משפחתו.
חלבונים הם אבני הבניין של תאי הגוף. הם אחראיים לפעילויות כגון התחלקות התאים בגוף, תחזוקתם (ניקוי פסולת והפקת אנרגיה) ובניית השלד שלהם, וכן לזיהוי ולבלימת פולשים. החלבונים מיוצרים משרשרת של חומצות אמינו ומתקפלים למבנה תלת-ממדי שמקנה להם יציבות ומאפשר להם לתפקד. תקלות בקיפול, שלרוב נובעות משינוי גנטי (מוטציה), גורמות לכך שלא יוכלו לבצע את תפקידם. הצטברות של חלבונים שלא התקפלו נכון, עלולה, לעתים, לפגוע גם בתפקודם של חלבונים אחרים. כך, עקב תקלות בקיפול חלבונים, מתפתחות מחלות כגון אנמיה חרמשית, סיסטיק פיברוזיס ומחלות נוירולוגיות כמו אלצהיימר. הבנה טובה יותר של מנגנון קיפול החלבונים עשויה לסייע בפיתוח תרופות למחלות שבהן הוא משתבש.
מה השאלה?
כיצד להאיץ את קיפול החלבונים תוך שמירה על תפקודם התקין?
פרופ׳ נורמן מטאנס מהפקולטה למתמטיקה ולמדעי הטבע מהאוניברסיטה העברית הוא כימאי שיחד עם צוותו משנה מבנה ופעילות של חלבונים בשיטות כימיות. זאת, לצורך מחקר בסיסי (לדוגמה, בחינת הקשר בין מבנה החלבונים לקיפול ולפעילות שלהם), וכן במטרה למצוא דרכים חדשות לריפוי מחלות, למשל סוכרת וסרטן. “כשמרכיבים חלבונים באופן כימי”, אומר פרופ’ מטאנס, “אפשר ליצור בהם שינויים שלא נמצאים בטבע. כך למשל אנחנו יכולים להחדיר להם חומצות אמינו שמגבירות את יציבותם”.
פרופ׳ מטאנס וצוותו בוחנים חלבונים שמיוצרים בתאים סרטניים. הם החדירו לחלבונים אלה חומצות אמינו שאפשר לפתח נגדן חומרים מעכבים. בנוסף עשו זאת עם החלבון (שהוא גם הורמון) אינסולין – שאחראי על איזון רמת הסוכר בדם, ועל החדרתו לתאי הגוף. המדענים החליפו קשר כימי בין שרשראות A ו-B של החלבון הזה, וכך הפכו אותו ליציב יותר, האטו משמעותית את קצב הפירוק שלו, בהשוואה לקצב הפירוק של החלבון הטבעי – בעוד שפעילותו הביולוגית נותרה זהה.
במחקרם האחרון, שזכה במענק מהקרן הלאומית למדע, השתמשו החוקרים בחלבון הירודין, שמהווה מודל לקיפול חלבונים ונחקר רבות בעבר. חלבון זה קיים בעלוקות, שם הוא אחראי לעיכוב קרישת דם (כדי שהדם שהן מוצצות יוכל להמשיך להיות נוזלי ולשמש להזנתן). בתחום הרפואה משמש הירודין כתרופה למניעת קרישת דם.
החוקרים החדירו לחלבון את חומצת האמינו סלנוציסטאין, וביקשו לדעת כיצד זה ישפיע על קיפולו, המבנה שלו ופעילותו. הם בחרו בסלנוציסטאין כיוון שהיא מכילה סלניום – מינרל שהם מתמקדים בו במעבדתם. סלניום מעורב בתהליכים חיוניים רבים בגוף האדם, בין השאר הוא מתפקד כנוגד חמצון ודלקת, ומתקבל דרך המזון (הוא מצוי בקרקע ומצטבר בצמחים שמהם אנו ניזונים או בבעלי חיים שניזונים מהם). נמצא כי סלניום משפיע על המבנה של חלבונים ועל מנגנון הקיפול שלהם, וכי מחסור בו עלול לגרום למחלות רבות ובהן סרטן.
החוקרים גילו כי החדרת הסלנוציסטאין להירודין מזרזת משמעותית את הקיפול שלו (דקות במקום שעות), ועדיין, המבנה והפעילות שלו, כלומר תפקודו, לא משתנים ונותרים תקינים. “ממצא זה”, אומר פרופ’ מטאנס, “ממחיש שהחדרת סלנוציסטאין היא שיטה שיכולה לסייע לקיפול מהיר ונכון של חלבונים רבים, שכן הירודין הוא חלבון מודל שמייצג אותם. אנו מכירים חלבונים רבים שקיפולם פגוע ולכן גורמים למחלות, או תרופות שמבוססות על חלבונים שקשה לקפל אותם נכון. ייתכן שאם נבצע את השינוי הזה בחלבונים פגומים אחרים, נוכל לתכנן מחדש את קיפולם וככה לטפל במחלות שנובעות משיבושים בקיפולם”.