מחקר חדש חושף כיצד פקטורי שעתוק, חלבונים המווסתים את פעילות הגנים, פועלים יחד כדי לעצב את זהות התא. המחקר מגלה מנגנון של "חיפוש מודרך", שבו ה-DNA ומבנה הכרומטין משמשים כ"מפת דרכים", המכוונת את החלבונים הללו למטרות גנטיות ספציפיות. גילוי זה מציע תובנות חדשות על רכישת זהות התא ועשוי לקדם את הרפואה הרגנרטיבית.

מחקר חדש בהובלת פרופ' יוסי בוגנים מהפקולטה לרפואה באוניברסיטה העברית וד"ר אבדנור סופי מאוניברסיטת אדינבורו, שהתפרסם בכתב העת Nature, חשף מנגנון מתוחכם המסביר כיצד תאים קובעים את זהותם. המחקר מאיר את הדינמיקה המורכבת בין חלבונים ל-DNA המכתיבה את היווצרותם של סוגי תאים שונים בגוף.

המחקר התמקד בפקטורי שעתוק (TFs), חלבונים שנקשרים לרצפי DNA ספציפיים ומווסתים את פעילות הגנים. חלבונים אלה חיוניים לקביעת תפקוד התא – למשל, אם הוא יהפוך לתא עור, תא שריר או תא עצב. אף שכבר הובן שפקטורי שעתוק מזהים רצפי DNA ייחודיים, תכונה זו לבדה אינה מסבירה במלואה כיצד הם בוחרים את הגנים שאותם הם מפעילים כדי לעצב את זהות התא.

על ידי השוואה בין השפעת שילובים שונים של פקטורי שעתוק על מצבי התא, הצוות ניתח את התנהגותם ברמת פירוט חסרת תקדים. תוך שימוש בטכניקות מתקדמות, הם חקרו את האינטראקציה בין החלבונים ל-DNA כיצד הם משפיעים על הכרומטין (המבנה שמארגן את הDNA ) וכיצד הם מנווטים בנוף התלת-ממדי של הגנום. הממצאים הראו שפקטורי השעתוק פועלים בדרכים דינמיות – לעיתים בשיתוף פעולה ולעיתים בתחרות – כדי לכוון לאזורים ספציפיים ב-DNA.

אחת התגליות הבולטות הייתה כיצד פקטורי שעתוק מנווטים את המבנה המורכב של הכרומטין. במקרים מסוימים, החלבונים עוקבים אחר אותות כיווניים הניתנים על ידי דפוסי ה-DNA, תוך שימוש בלולאות כרומטין כ"מסלולים" להגיע לגנים המטרה שלהם. במקרים אחרים, הם מתרכזים בצמתים שבהם הכרומטין צפוף במיוחד ומכיל מוטיבים של DNA, לפני שהם מתפשטים ומפעילים גנים הדרושים לסוג תא מסוים. מסלולים אלו פועלים כשלטי הכוונה, שמובילים את פקטורי השעתוק למתגים הגנטיים המדויקים שהם צריכים להפעיל.

המחקר מציע מודל חדש של "חיפוש מודרך", שבו סידור ה-DNA  והכרומטין משמש כ"מפת דרכים" לפקטורי השעתוק. תובנה זו מעמיקה את הבנתנו לגבי האופן שבו זהות תאית מתבססת ונשמרת, ויכולה לפתוח דלתות חדשות לקידום הרפואה הרגנרטיבית וטיפולי תאי גזע על ידי שיפור יכולת החוקרים לשלוט בזהות התאים ובתפקודם.

פרופ' יוסי בוגנים ציין כי "מצאנו איזורים בגנום שמהווים "תמרורים" לפקטורי השעתוק הייחודיים לכל סוג תא. התמרורים האלו מכוונים את פקטורי השעתוק לאיזורי בקרה חשובים ובכך מאפשרים ביטוי גני הייחודי לכל סוג תא ובכך קובעים את זהותו."

המחקר מציע כלי עוצמתי לפענוח המורכבות של ויסות גנים, ומעניק תקווה להתמודדות עם מחלות הקשורות לתפקוד לקוי של תאים.

למחקר המלא