שכפול החומר התורשתי ב-DNA הוא תהליך מורכב ומסונכרן גם בזמן וגם במרחב. גורמים רבים עלולים לפגוע במנגנון השכפול, דבר המוביל לעקת שכפול (לחץ לשכפול) ובכך ליצירת נזקים ב-DNA. נזקים ושברים בחומר הגנטי משמעותם פגיעה במגוון החלבונים בתאים ושינוי בתפקודם, והם המנוע המשמעותי הדוחף להתפתחות סרטנית בגוף האדם. בגנום שלנו ישנם אזורים הרגישים לעקת השכפול וכתוצאה מכך הם נשברים בתדירות גבוהה יותר מאחרים - אזורים הנקראים "אתרים שבירים" (Common fragile sites (CFSs). בעבר הוצעו מספר גורמים וסיבות אפשריות לשבירות החוזרת באזורים אלו, אולם המנגנון המולקולרי לשבירות החוזרת טרם פוענח.
במחקר חדש שהתפרסם החודש ב- Nature Communications, ובוצע על ידי צוות חוקרים מהמחלקה לגנטיקה במכון למדעי החיים באוניברסיטה העברית, בהובלת פרופ' בת-שבע כרם והדוקטורנט דן סרני – הם ניסו לענות על השאלה מהו המנגנון המולקולרי העומד בבסיס השבירות החוזרת באותם "אתרים שבירים" תחת עקת שכפול DNA, והאם ניתן למפות את מיקומם.
פרופ' בת שבע כרםפרופ' בת שבע כרם
פרופ' בת שבע כרם
(צילום: באדיבות פרופ' בת שבע כרם)
כדי לענות על השאלה הזאת בחנו החוקרים את תוכניות שכפול ה-DNA בתאים ללא עקת שכפול, בהשוואה לתאים שנמצאים תחת עקת שכפול. לצורך כך, הם השתמשו בשיטה מתקדמת לריצוף מקטעי DNA בתאים מתחלקים במטרה לבחון את תוכנית השכפול, הנקראת Repli-seq, שפותחה על ידי השותף למחקר, פרופ' דיוויד גילברט, ואף השתמשו בשיטה לריצוף שעתוק פעיל (nascent RNA-seq) בתאים תחת עקת שכפול DNA הנקראת Bru-seq, שפותחה על ידי החוקר פרופ' מאטס לונגמן. את המידע על תוכניות השכפול והשעתוק הצליבו החוקרים עם מידע על הארגון המרחבי של ה-DNA בגרעין התא ומיפוי ציטוגנטי של האזורים השבירים.
דן סרנידן סרני
דן סרני
(צילום: פרטי)
ההבנה המולקולרית של הבסיס לשבירות החוזרת סייעה לחוקרים להבין תהליכים המתרחשים בגידולים סרטניים ולמפות את מוקדי הנזק בגנום. "מוקדים אלה נשברים בתחילת תהליך ההתמרה הסרטני ואף בתאים טרום-סרטניים. זיהוי מוקדם שלהם עשוי להעיד על סיכון גבוה להתפתחות גידול סרטני", ציינה פרופ' כרם. "במחקר הנוכחי גילינו את החשיבות העצומה שיש למיקומים של האזורים השבירים, שלא הייתה ידועה קודם לכן, והם שופכים אור חדש וחשוב על הקשר בין ארגון הגנום ויציבותו. לצירוף גורמי השבירות קראנו 'החתימה המולקולרית לשבירות חוזרת', כשחתימה זו אפשרה לנו למפות בדיוק רב יותר אזורים שבירים מוכרים וכמו כן לזהות אתרים שבירים נוספים, שלא היו מוכרים קודם לכן".
עבודת המחקר בוצעה בין היתר בשיתוף הדוקטורנט דן סרני ומנהלת המעבדה ד״ר מיכל עירוני טור-סיני. כמו כן, המחקר נערך בשיתוף פעולה עם המעבדה של פרופ׳ דיויד גילברט מאוניברסיטת פלורידה. בנוסף, לעבודה זו תרמה המעבדה של פרופ' מטס לונגמן אוניברסיטת מישיגן.