חנקן חמצני (NO) הינה מולקולת איתות חשובה אשר מווסתת את הפעולות של איברים שונים, כולל המוח. S-nitrosylation (SNO), תהליך שינוי של חלבון על ידי החנקן החמצני, הכוללת את התקשרותו לקצה חומצה אמינית ששמה ציסטאין, הוא מנגנון עיקרי במעבר אותות בתא עצב. ד"ר הייתם עמל, ראש המעבדה לנוירו-אומיקה, מעבר אותות, ורפואה תרגומית בפקולטה לרפואה באוניברסיטה העברית, פיתח לפני מספר שנים בתקופת הפוסטדוקטורט שלו ב-MIT שיטה חדשנית בתחום הספקטרומטריית מסות, המאפיינת חומרים לפי המסה שלהם ומזהה חלבונים שעברו את תהליך ה-SNO. בשילוב עם ביולוגיה חישובית, השיטה הניבה לאחרונה שתי פריצות דרך בחקר המוח שפורסמו בכתבי העת Biomedicines ו-Scientific Reports.
המחקר הראשון, שפורסם ב-Biomedicines, חשף לראשונה הבדלים משמעותיים בין המינים בתפקודים הביולוגיים המושפעים מ-NO ו-SNO בקליפות המוח של עכברים. רוב המחקרים הניסויים נעשים על חיות ממין זכר, למרות שישנם הבדלים משמעותיים בין זכרים לנקבות במנגנונים העוסקים בהעברת אותות. על מנת לחשוף את ההבדלים, השתמשו ד"ר עמל וצוותו בשיטה אותה פיתח בשילוב עם ביולוגיה חישובית - ואכן המחקר הראה שישנו שינוי משמעותי שנוצר על ידי SNO בתהליכים עצביים וסינפטיים שונים בעכברים ממין נקבה, ומנגד תהליכים בשלד התא המושפעים מ-SNO בעכברים ממין זכר. ד"ר עמל: "חקרנו תהליכים מולקולריים וביולוגיים בשני המינים ומצאנו שוני משמעותי ותהליכים שונים שמושפעים מ-SNO בין זכרים לנקבות. המחקר הזה מספק לנו תובנות לגבי התפקידים של תהליך ה- S-nitrosylation בזכרים ונקבות, מה שמספק ראיה חזקה להבדלים בין המינים בהרבה תהליכים ביולוגיים ונתיבי איתות, אשר יפתח כיווני מחקר עתידיים על הבדלים בין זכרים לנקבות בהפרעות נוירולוגיות".
שיטת ספקטרומטריית המסות שפיתח ד"ר עמל, סייעה לו להגיע לפריצת דרך נוספת באיתור השינויים הקשורים בהזדקנות המוח. הזדקנות התאים תלויה בקצב של הצטברות נזק חמצוני וחנקני לDNA ולחלבונים. נתונים מצטברים מצביעים על מעורבות של חלבון שעבר את תהליך SNO בהפרעות שונות במוח, אולם השינויים והמעורבות של SNO בהליך ההתפתחות של המוח מצעיר לבוגר ותהליך הזדקנותו, עדיין אינם ידועים. במחקר שפורסם בכתב העת Scientific Reports, ד"ר עמל השתמש בשיטתו על מנת לבחון את מכלול החלבונים שעברו את תהליך ה- SNOבעכברים צעירים ובוגרים, גם באזורי קליפת המוח וגם באזורי הסטריאטום (אזור במוח המיוחס לו תפקיד של תכנון ושליטה בתנועה ומעורבות בתהליכים קוגניטיביים אחרים). "תהליכים ביולוגים משמעותיים וצברי חלבונים הקשורים בביטויים בתאי עצב, הועשרו בעכברים בוגרים", הסביר ד"ר עמל והמשיך "ניתוח כמותי נרחב גילה מגוון גדול של חלבונים שיש להם פוטנציאל להוות גורמי מחלה, אשר היו בעליה משמעותית בעכברים בוגרים. ״הגישה שלנו, יחד עם ביולוגיה חישובית רחבת היקף אפשרה לנו לבצע אפיון ברמת המערכת וזיהוי של חלבוני מפתח ותהליכים ביולוגיים שיכולים להוות מטרות תרופתיות עבור הזדקנות והפרעות במוח במחקרים עתידיים"
"שיטת ספקטרומטריית המסות שפיתחנו יחד עם כלים של ביולוגיה חישובית, ביוכימיה, פרמקולוגיה, והתנהגות כבר הניבה מספר פריצות דרך בתחום האוטיזם ואלצהיימר והיד עוד נטויה" הוסיף ד"ר עמל. "אנחנו מקווים שהמידע שהצלחנו ונצליח לספק דרך הכלים המחקריים השונים שבידנו, יוביל בעתיד לפיתוח יעיל ומדויק יותר של תרופות למחלות נוירולוגיות".