חדשות

"הסרטן הוא אויב ערמומי, שמצליח 'לרמות' את מערכות הגוף, ולגייס אותן לצרכיו," אומרת פרופ' נטע ארז, ראש המחלקה לפתולוגיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר. חוקרים בהובלתה גילו מנגנון שבאמצעותו מגייסים תאי סרטן השד את המערכות התקינות בגוף, כך שיתמכו בהתפתחות הגידול, ואף יסייעו ליצירת גרורות. "במחקר שלנו התמקדנו בתאי רקמת חיבור המכונים פיברובלסטים (תאי סיב). במצב תקין יש לפיברובלסטים תפקיד מרכזי בריפוי פצעים ונזקים לרקמות, אך מחקרים מהשנים האחרונות העלו כי הם קשורים גם לתהליכים דלקתיים תומכי-סרטן. אנחנו ביקשנו למצוא את המנגנון ולברר כיצד בדיוק מתגייסים הפיברובלסטים לסייע לסרטן."  

ביטוי יתר של המסלול הדלקתי בחולות

הדוקטורנטים ד"ר נור ארשייד וד"ר יורי שרון, שביצעו את המחקר (פורסם לאחרונה בכתב העת Nature Communications), נעזרו בעכברים במודל לסרטן השד. ראשית הם נטלו תאים פיברובלסטיים מנקבות בשלושה מצבים - בריאות ללא סרטן, עם גידול התחלתי ועם גידול מתקדם ששולח גרורות לריאות - ובחנו נוכחות של חלבונים שונים ברקמות. "בפיברובלסטים שנלקחו מהעכברות החולות, וכן מכ-80 נשים עם סרטן השד, גילינו להפתעתנו ביטוי יתר של חלבונים המעידים על מסלול דלקתי שנקרא 'אינפלמסום'," אומרת פרופ' ארז. "מסלול זה מוכר לנו היטב מתאי מערכת החיסון: הוא מאפשר להם לזהות נזק רקמתי, ולהזעיק למקום תאים נוספים של מערכת החיסון, על מנת לייצר דלקת שתילחם בנזק. אך עד היום מעולם לא נצפה מסלול האינפלמסום בפיברובלסטים (תאי הסיב)."

כדי לאשש את הממצא המפתיע חשפו החוקרים פיברובלסטים משד בריא למגוון חומרים המאותתים על נזק רקמתי, ביניהם נוזל שנלקח מגידול סרטני. בכל המקרים הגיבו הפיברובלסטים וביטאו חלבונים המעידים על מסלול אינפלמסום. בדיקה נוספת הראתה יצירת אינפלמסום בפיברובלסטים גם בתגובה לפצע בעור.

"הבנו שגילינו פעולה חדשה של פיברובלסטים, שלא הייתה מוכרת עד כה: הם יודעים לגלות נזק רקמתי, ויוצרים מסלול דלקתי שקורא לתאי מערכת החיסון להגיע למקום בהמוניהם," אומרת פרופ' ארז. "במקרה של סרטן השד, סביבת הגידול מתאפיינת במוות תאי נרחב, ובנזק משמעותי לרקמות התשתית. הפיברובלסטים קולטים את האותות המולקולריים המגיעים מהרקמות הפגועות, ומייצרים סביבן תהליך דלקתי. כעת ביקשנו לבדוק אם וכיצד משרתת הדלקת דווקא את הסרטן, או במילים אחרות: האם מדובר במנגנון שבאמצעותו 'מרמה' הגידול הסרטני את התאים התקינים ומגייס אותם לטובתו?"

חסימת הצינור התקשורתי שהסרטן ניצל לטובתו

כדי לבחון זאת שבו החוקרים למודל העכברי לסרטן השד, ובאמצעות הנדסה גנטית חסמו את ייצור חלבוני המסלול הדלקתי בפיברובלסטים. הממצאים היו ברורים: חסימת המנגנון הדלקתי הביאה לעיכוב בהתפתחות הגידול, ובמקרים של סרטן גרורתי אף פחת מספר הגרורות. "מכאן ניתן להסיק שהמנגנון הדלקתי אכן תומך בהתפתחות הסרטן, ויותר מכך, שהוא מסייע בשלט רחוק להתפתחות גרורות באיברים אחרים," אומרת פרופ' ארז.

איך זה קורה? ראשית, לדבריה, הגידול עצמו משתמש בגורמי גדילה שמגיעים למקום כדי לסייע באיחוי הרקמה הפגועה; ושנית, המנגנון הדלקתי הופך את כלי הדם לחדירים יותר על מנת לאפשר לתאים רבים ככל האפשר של מערכת החיסון להגיע במהירות למקום הפגוע (זו הסיבה לנפיחות ולאדמימות שכולנו מזהים כדלקת); תאי הסרטן מנצלים את כלי הדם החדירים כדי לחדור בקלות לזרם הדם, לנדוד ולהתיישב באיברים אחרים.

"במחקר שלנו גילינו מנגנון בלתי מוכר בפיברובלסטים בכלל ובפיברובלסטים של השד בפרט: בדומה לתאי מערכת החיסון, גם הם מסוגלים לגלות נזק רקמתי ולהפעיל מסלול דלקתי שמגייס תאים של מערכת החיסון למקום הפגוע," מסכמת פרופ' ארז. "עוד מצאנו שתגובה תקינה זו מגויסת על ידי הגידול הסרטני בשד, כדי לתמוך בהתפתחותו, ולשלוח גרורות לאיברים אחרים (במחקר זה התמקדנו בריאות, ובמחקר המשך אנו בוחנים את השפעת המנגנון שגילינו על התפתחות גרורות בעצמות)."

"אנחנו מאמינים כי המנגנון שגילינו מהווה בסיס לגישה חדשה לטיפול בסרטן השד: תרופות עתידיות שיחסמו את המסלול הדלקתי בפיברובלסטים יוכלו להקטין את הגידול ואף למנוע גרורות. טיפול מסוג זה עשוי להינתן לנשים לאחר ניתוח להסרת הגידול בשד, במטרה למנוע חזרה גרורתית של המחלה. כמו כן אנו סבורים שהשיטה עשויה להתאים גם לסוגים אחרים של גידולים סרטניים."

"אנטרופיה מוגדרת כרמת אי-הסדר של מערכות בטבע," מסביר פרופ' בק-ברקאי מבית הספר לפיזיקה של אוניברסיטת תל אביב. "לדוגמה, לגביש, שבו כל אטום נמצא במקומו, יש אנטרופיה נמוכה; לעומת זאת לגז, שבו האטומים משוטטים באופן אקראי בחלל, יש אנטרופיה גבוהה. האנטרופיה היא מדד חשוב מאוד במחקר על מערכות מסוגים שונים - החל במולקולות מורכבות של חלבונים, וכלה בחומרים חדשים שאנו מפתחים למגוון צרכים. אך שיטות המחקר המקובלות היום, המסתמכות על סימולציות מחשב של תהליכים פיזיקליים, אינן מסוגלות לספק ביעילות מדד אמין לאנטרופיה. זאת מכיוון שככל שהמערכת מורכבת יותר, כמו למשל מולקולת חלבון, יש לה מספר אינסופי של מצבים אפשריים במרחב, וגם מחשב-על מתקדם יתקשה לחשב את כולם ולקבוע בסימולציה את רמת הסדר במערכת. בעיה זו מעסיקה את טובי המדענים כבר שנים רבות, אך עד כה לא נמצא לה פתרון יעיל ומספק."

איך מחשבים אי-סדר?

כעת, חוקרים ממעבדתו של פרופ' בק-ברקאי מצאו מענה פורץ דרך, יעיל ונגיש לסוגיה הקשה, ופיתחו שיטה פורצת דרך לחישוב האנטרופיה. את המחקר הוביל הדוקטורנט רם אבינרי ממעבדתו של פרופ' בק-ברקאי. המאמר התפרסם לאחרונה בכתב העת Physical Review Letters.

החוקרים הבחינו כי המשוואה המשמשת לקביעת אנטרופיה בפיזיקה זהה למשוואת אנטרופיה מתורת האינפורמציה, שיש לה תפקיד מרכזי בתוכנות נפוצות לכיווץ נתונים כגון ZIP, המצויות בכל מחשב וטלפון חכם. "אלגוריתם זה מהווה חסם עליון שקובע לאיזה גודל ניתן לכווץ את הקובץ הרלוונטי," אומר פרופ' בק-ברקאי. "למעשה בעידן הדיגיטלי כל המסמכים, מתמונות ומצגות ועד מסמכי WORD, עוברים כיווץ כדי שיתפסו פחות מקום במחשב או למטרת משלוח דרך האינטרנט. האלגוריתם לכיווץ נתונים סורק את הקובץ, וכשהוא מזהה דפוסים שכבר הופיעו קודם לכן, הוא אינו כותב אותם מחדש אלא מייצר הפניה לאזכור הקודם. בדרך זו הוא חוסך מקום והקובץ קטן. ככל שיש בקובץ חזרות רבות יותר, כך הוא בעצם מסודר יותר, ואז הקובץ המכווץ קטן יותר, וגם מדד האנטרופיה של המידע נמוך יותר."

לאחר שהבחינו בקשר בין האלגוריתם לכיווץ נתונים לבין משוואת האנטרופיה, הזינו החוקרים תוצאות של סימולציות מחשב פיזיקליות של מערכות מורכבות לתוכנות כיווץ מוכרות, המצויות היום בחינם בכל מחשב וטלפון חכם. התוכנות יצרו מהנתונים קבצים מכווצים, והחוקרים מצאו כי ניתן לתרגם את גודל הקובץ המתקבל למדד מדויק של אנטרופיה. כך הם יצרו לראשונה כלי נוח ויעיל לכימות האנטרופיה של מערכות מורכבות ביותר – ממערכות מגנטיות ועד למולקולות חלבון.

"חשיבותה של השיטה שלנו היא בפשטותה ובנגישותה," מסכם פרופ' בק-ברקאי. "מדובר בבשורה של ממש לחוקרים בתחומים רבים – מביולוגיה וכימיה ועד פיזיקה, מדע החומרים וננוטכנולוגיה. לראשונה יכול כל חוקר לכמת את האנטרופיה של מערכות מורכבות בקלות וביעילות, על המחשב האישי ואף על הטלפון הנייד שלו. לבעיה שהעסיקה את טובי המוחות נמצא כעת פתרון אמין ונוח, בעל יישומים פוטנציאליים רבים. כך לדוגמה ניתן באמצעות השיטה החדשה לזהות חלבונים בעלי צורת קיפול חריגה הגורמת למחלה; לחקור תהליכים של הרכבה עצמית הקשורים לייצור חומרים חדשניים; ולאפשר הבנה טובה יותר של תהליכים פיזיקליים מורכבים שעומדים בחזית הטכנולוגיה העתידית."

"עם התפתחות הטכנולוגיה של ריצוף DNA, אותרו בשנים האחרונות מוטציות רבות במאות גנים בילדים עם אוטיזם ומוגבלות שכלית התפתחותית. מדובר במוטציות אקראיות שלא הועברו בתורשה מההורים, אלא התרחשו בתאי הגזע של העובר, במהלך התחלקות התא. בילדים, מוטציה אחת בגן חשוב יכולה לגרום לאוטיזם ולפיגור שכלי." מסבירה פרופ' אילנה גוזס, מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר ומבית הספר סגול למדעי המוח. "בשלב הראשון ביקשנו לבדוק האם גם בתאים במוחם של חולי אלצהיימר מופיעות מוטציות, והאם קיימת חפיפה בין המוטציות המאפיינות אלצהיימר ואוטיזם."

כעת, קבוצת החוקרים בהובלת פרופ' גוזס מצאה חפיפה גבוהה בין מאות מוטציות המאפיינות ילדים עם אוטיזם ומוגבלות שכלית התפתחותית, לבין מוטציות במוחם של חולי אלצהיימר. החוקרים התמקדו במיוחד במוטציות בגן ADNP, שיש לו תפקיד חשוב בהתפתחות המוח ובהגנה על מבנה תאי העצב במוח. הם מצאו כי טיפול באמצעות מקטע מקוצר של החלבון ADNP, הקרוי NAP, עשוי להגן על המוח מפני השפעת המוטציות, ולסייע לחולי אלצהיימר ולאוטיסטים.

חפיפה משמעותית

החוקרים בחנו דגימות שנלקחו מאזור פקעת ההרחה במוחם של חולי אלצהיימר, לאחר מותם. ריצוף ה-RNA של הגנום בדגימות פקעת ההרחה העלה מאות מוטציות. בנוסף בדקו החוקרים נתונים מכמה מאגרי מידע אינטרנטיים, ומצאו גם כאן מוטציות באלפי גנים במוחם של חולי אלצהיימר – הרבה יותר (בממוצע לנבדק) מאשר במוח בריא. הם השוו את ממצאיהם לממצאים ממחקרים על מוטציות הקשורות לאוטיזם. "מצאנו חפיפה משמעותית: כ-40% מהמוטציות בגנים מחוללי מחלות שזיהינו בפקעת ההרחה של חולי אלצהיימר אותרו גם בילדים עם אוטיזם ומוגבלות שכלית," אומרת פרופ' גוזס.

הגן הבעייתי והבסיס לתרופה

כעת עברו החוקרים לבדיקה מעמיקה של גן ספציפי - הגן ADNP, האחראי בין היתר לתסמונת ADNP שגורמת לאוטיזם ולמוגבלות שכלית, וידוע כי הוא קשור גם למחלת האלצהיימר. "החלבון ADNP, המיוצר על ידי הגן ADNP, התגלה במעבדה שלי לפני כ-20 שנה, ומאז ערכנו עליו מחקרים רבים," אומרת פרופ' גוזס. "במהלך השנים התברר כי ל-ADNP יש תפקיד מרכזי בהתפתחות המוח בעובר, וכי פעולתו קשורה לחלבון Tau, הנקשר לשלד תאי העצב במוח ומייצב את מבנה התא, וידוע כי הוא נפגע אצל חולי אלצהיימר. בעבר הפקנו מהחלבון ADNP מקטע מקוצר בשם NAP, המשמש בסיס לתרופה ניסיונית לאוטיזם. במחקר הנוכחי מצאנו מספר מוטציות חדשות בגן ADNP במוחם של חולי אלצהיימר. כמו כן גילינו שככל שעולה מספר המוטציות ב-ADNP במוחם של החולים, עולה גם הפתולוגיה של החלבון Tau."

הגנה על שלד תאי העצב

בשלב הבא נעזרו החוקרים בהנדסה גנטית כדי להחדיר ADNP עם 2 מוטציות שמקצרות את החלבון, וכן Tau מסומן בצבע זוהר, לתאי מודל של תאי עצב מוחיים. בדיקת צביעת ה-Tau בתאים החיים העלתה כי המוטציה ב-ADNP גרמה לפגיעה בהיקשרות ה-Tau לשלד תא העצב, וכתוצאה מכך להיחלשות של שלד התא. עם זאת נמצא כי טיפול בתרופה הניסיונית NAP (הידועה גם בשם 201CP) הגן על מבנה שלד תאי העצב מפני ההשפעה המזיקה, והשלד נותר יציב ותקין.

פרופ' גוזס מציינת כי ממצאים אלה מעידים שמנגנון פעולה תקין של ADNP דרוש להיקשרות תקינה של Tau לשלד התא, ואילו מוטציות ב-ADNP משבשות את המנגנון. החזרת המקטע NAP מזרזת את קישור החלבון Tau לשלד התא, ובכך מגינה על התא מפני השפעתן המזיקה של מוטציות ב-ADNP.

אופק חדש לטיפול באלצהיימר ובאוטיזם

"המחקר שלנו פותח אופק חדש למחקר ולטיפול במחלת אלצהיימר ובאוטיזם," מסכמת פרופ' גוזס. "עד היום התמקדו חוקרי אלצהיימר בעיקר במצבורי העמילואידים שנוצרים במוחם של חולי אלצהיימר. המחקר שלנו מפנה את תשומת הלב לכיוון אחר – מוטציות שמשפיעות על החלבון Tau, ובכך גורמות לפגיעה במבנה של תאי העצב במוח. יותר מכך, התרופה הניסיונית שאנחנו מפתחים עשויה לסייע לחולי אלצהיימר וגם לאוטיסטים עם מוטציות הדומות לאלה של מחלת האלצהיימר."

חשוב לציין: החברה הישראלית קורוניס נוירוסיינס מחזיקה בזיכיון לפיתוח התרופה 201CP, המבוססת על המקטע NAP, מחברת רמות שליד אוניברסיטת תל אביב. החברה מפתחת תרופה ניסיונית לאוטיזם מסוג תסמונת ADNP, שנגרמת על ידי מוטציה אקראית בגן ADNP. הפיתוח נעשה תחת התוויה של תרופת יתום ממנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA).

במחקר השתתפו הדוקטורנטים ינינה איבשקו פחימה, אדוה הדר (סופרות ראשונות), איריס גריג, אוקסנה קפיטנסקי וגדעון כרמון ממעבדתה של פרופ' גוזס, פרופ' דוד גורביץ מבית הספר לרפואה באוניברסיטת תל אביב  (מדריך משותף של אדוה הדר), מיכאל גרשוביץ ממכון ויצמן למדע, ומעבדות בצ'כיה, בספרד, בבלגיה ובאנגליה. המאמר פורסם לאחרונה  בכתב העת Molecular Psychiatry.