על ידי יצירת תאי גזע עובריים ושלייתיים מלאכותיים והשוואתם, זיהו החוקרים מהאונ' העברית כ-14,000 אתרים בגנום ששולטים בהתפתחות כל אברי העובר

מחקר חדשני ופורץ דרך שנערך על ידי צוות חוקרים מהאוניברסיטה העברית שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature Communications בהובלת פרופ’ יוסי בוגנים מהמכון למחקר רפואי בפקולטה לרפואה של האוניברסיטה ופרופ' תומי קפלן מבית הספר להנדסה ולמדעי המחשב ומהחוג לביולוגיה חישובית גילה כ-14,000 אזורים בדנ"א המהווים את התוכנית הראשונית ביותר ליצירת עובר.  

כבר בשנת 2006, מצאו מדענים יפנים שניתן לקחת תאי עור, להכניס אליהם ארבעה גנים עובריים ולתכנת אותם מחדש להתנהג ולתפקד כמו תאי גזע שיוצרים את העובר עצמו, הנוצרים לאחר מספר ימים מעת ההפריה. תאים אלו שנוצרו מתאי העור הינם תאי גזע עובריים מלאכותיים הזהים לתאי גזע עובריים טבעיים, הנמצאים במצב המוקדם ביותר בתהליך ההתפתחות העוברית והאחראיים להתפתחות כל תאי העובר, אבל ללא יכולת יצירת רקמות חוץ-גופיות כדוגמת השלייה.

בשנת 2015 פרופ’ בוגנים וצוותו פיצחו לראשונה את הדרך לייצר תאי גזע שלייתיים מלאכותיים מתאי עור ובכך פיתחו את היכולת לייצר בצורה מלאכותית את שני סוגי תאי הגזע הראשוניים ביותר בהתפתחות העוברית הנוצרים לאחר הפרייה של ביצית ע"י תא זרע.

צוות המחקר מהאוניברסיטה העברית, אשר כלל בנוסף לפרופ’ בוגנים ופרופ' קפלן את הסטודנטים לדוקטורט מוחמד ג'אבר, אחמד רדואן ונתנאל לויפר השווה ובדק מהם התהליכים הנדרשים בכדי שתא עור יוכל להמיר את זהותו ולהפוך להיות תא גזע עוברי או שלייתי מלאכותי. פרופ' בוגנים הסביר: "השתמשנו בשיטות אנליזה מתקדמות ביותר ובחנו לאורך כל תהליך הטרנספורמציה את כל השינויים שתא העור עובר בכדי לשנות את זהותו לשני סוגי התאים. אנליזות אלו כללו את השינויים בביטוי הגנים של תא העור לאורך התהליך, את השינויים במבנה ואריזת הדנ"א בתוך הגרעין של תא העור המשתנה, וכן שינויים בסימון האפיגנטי (מולקולות כימיות המקשטות את הדנ"א והאחראיות לביטוי תקין של גנים), שהיו כולם קריטיים להצלחת ההמרה של תאי עור לתאי גזע עובריים או שלייתיים מלאכותיים.".

החוקרים גילו כי השינויים שתא העור עובר בכדי להיות תא גזע עוברי מלאכותי או תא גזע שלייתי מלאכותי שונים אחד מהשני בצורה גורפת ובכל הרמות שנבדקו למרות ששני התהליכים התחילו מאותם תאי עור.

במהלך השינוי של תא העור לתא גזע עוברי מלאכותי, אזורים בדנ"א החשובים ליצירת המח, הלב והכבד התחילו להתארגן מחדש בתוך תא העור המשתנה והכינו אותו ליכולת התמיינות, בהינתן אות מתאים, לתאי מח, לב וכבד. לחילופין, אזורים בדנ"א של תא עור שהתחיל את תהליך הטרנספורמציה לתא גזע שלייתי מלאכותי התחילו להתארגן מחדש בכדי להקנות לתא המשתנה יכולת של השרשה ומשיכת כלי דם, כפי שקורה בעת השרשה טבעית של העובר.

"התגלית המדהימה ביותר נצפתה כאשר השווינו במקביל את שני התהליכים והסתכלו על מולקולה כימית מיוחדת שנקראת מתיל שמקשטת אזורים ספציפיים בדנ"א ואחראית להשתקתם", ממשיך בוגנים. "גילינו כ-14,000 אתרים בדנ"א המקושטים במתיל הנמצאים אך ורק בתאי הגזע השלייתיים המלאכותיים וכלל לא בתאי הגזע העובריים המלאכותיים. בשלב הבא ניסינו להבין מה משמעותם של אותם אתרים ונדהמו לגלות כי אתרים אלו אחראיים ליצירת כל האיברים והתאים של העובר המתפתח, ממח, לב, כבד וכליות ועד שלד, עמוד שדרה ורקמות חיבור".

בוגנים מוסיף כי "לתגלית זאת חשיבות עצומה מכיוון שהיא עשויה להסביר את מנגנון ההגנה של העובר שלא מאפשר לתאי שלייה מוקדמים להתפתח לתאי עובר. מכיוון שתאי שלייה חשופים בהרבה בחינות לנזקים ולזיהומים, קיים מנגנון הגנה שלא יאפשר לתא פגום לנדוד לכיוון העובר המתפתח ולהשתלב בתוכו".

בשנים האחרונות נעשו מספר גדול של ניסיונות להבין איך תאי הגזע של העובר ושל השלייה מתפתחים במקביל אבל לא מתמזגים ביניהם. התגלית של פרופ’ בוגנים וצוותו, שניתן היה לגלותה אך ורק בעת יצירת תאי גזע עובריים ושלייתיים מלאכותיים, ולא ע"י הסתכלות על עובר טבעי, עשויה לשפוך אור על מנגנון הגנה זה. המחקר נתמך על ידי מענקי המחקר התחרותיים של האיחוד האירופי (ERC), וה-HHMI האמריקאי ומענק הקרן הלאומית למדע.

פרסומים בתקשורת: הארץ