מורפוגנים: שומרים על פרופורציות

תהיתם פעם מדוע הידיים שלכם שוות באורכן זו לזו אך שונות באורכן לעומת בני אדם אחרים? מדעני מכון ויצמן גילו את המנגנון שמאפשר לנו לשמור על גודל יחסי נכון בהתפתחות האיברים. הסיפור מתחיל בניסוי שנערך לפני 80 שנה בגרמניה ובו גילו שעובר שנחצה לשניים יכול להתפתח לאורגניזם שלם

לפני כ-80 שנה ביצע המדען הגרמני הנס שפמן ניסוי שהניח את היסודות למחקר בתחום ההתפתחות העוברית. הוא חצה עובר סלמנדרה, והבחין כי חצי העובר שמכיל את צד הבטן (ונטרלי) מתנוון, ואילו חצי העובר המכיל את צד הגב (דורסלי) מצליח להשלים את החצי החסר, ויוצר עובר שהוא אמנם קטן יותר מהרגיל, אך מכיל את כל המרכיבים החיוניים, ביחס כמותי נכון. בניסוי המשך הוא נטל מספר תאים מחצי העובר הדורסלי (צד הגב) ושתל אותם בצד הוונטרלי (צד הבטן). להפתעתו, כתוצאה מכך התפתחו שני עוברים תאומים סיאמיים, קטנים אך מושלמים, שהכילו את כל המרכיבים החיוניים ביחס כמותי נכון. על עבודתו זו זכה שפמן בפרס נובל ברפואה ופיסיולוגיה לשנת 1935.

 

איך זה קורה? כיצד חצי עובר מסוים מצליח להשלים את עצמו בעוד החצי השני מתנוון? כיצד הוא שומר על גודל יחסי נכון בין איבריו? מחקרים שונים שבוצעו בעבר הראו, כי תהליכי התמיינות והתפתחות האיברים השונים בעובר קשורים לקבוצה של חומרים הקרויים מורפוגנים. חומרים אלה נוצרים במקום מסוים בעובר, ומתפזרים לאורכו בריכוזים משתנים, כאשר ריכוז המורפוגן מכתיב את זהות ואופי החלקים השונים של העובר. המדענים הבינו כי תאי העובר הנחשפים לריכוזים משתנים של המורפוגנים מתפתחים לרקמות ולאיברים הנחוצים. אבל כיצד מתפזרים המורפוגנים לאורך העובר כדי לשמור על הגודל היחסי הנכון בין הרקמות המתפתחות?

 

שאלות אלה נותרו במשך עשרות שנים ללא מענה, עד שבאחרונה - כ-80 שנים לאחר הניסוי הקלאסי והמכונן של שפמן - הן נפתרו במחקר שביצעו פרופ' נעמה ברקאי, פרופ' בני שילה, ותלמיד המחקר דני בן-צבי מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, יחד עם פרופ' אברהם פיינסוד מבית-הספר לרפואה של האוניברסיטה העברית ו"הדסה" בירושלים. המחקר הנוכחי החל כאשר פרופ' נעמה ברקאי ממכון ויצמן, פיסיקאית שבחרה לעסוק במחקר בתחום מדעי החיים, השתמשה בכלים הפיסיקליים העומדים לרשותה.

 

יחד עם שותפיה למחקר יצרה ברקאי מודל פעולה המתבסס על יחסי גומלין מורכבים ברשתות של גנים, ומתאר את התבטאות הגנים (ייצור החלבונים) באזורים השונים של העובר, כך שבצד הוונטרלי של העובר (צד הבטן) יימצאו כל המורפוגנים הדרושים להתפתחות כל איברי העובר, דבר שאינו קיים בצד הדורסלי (צד הגב). על-פי מודל זה, חומר מסוים (מורפוגן), הממלא תפקיד מפתח בהתפתחות העובר, מוסע לאזורים שונים של העובר על-ידי חומר מעכב המתפקד כמעין "מעבורת", ושולט במידת הפעילות של החומר שהוא מוביל.

 

ראשן צפרדע בעל ראש כפול (צילום: מכון ויצמן)

 

ניסויים שבוצעו בעוברי צפרדע איששו את ממצאי המודל הזה.המורפוגנים ומנגנון הפעולה שלהם, הקובעים את התפתחות העובר בציר המחבר את הבטן והגב, שמורים לאורך האבולוציה כך שגרסאות שלהם מצויות בבעלי-חיים שונים, החל מתולעים, עבור דרך זבובים, וכלה בבני-אדם. במחקר הנוכחי התגלה מנגנון נוסף, המאפשר לבעלי-חיים בעלי-חוליות לשמור על גודל יחסי נכון של איברים המתפתחים בציר זה. כך מתקיימים, כידוע, הבדלים משמעותיים בין אורך ידיהם או רגליהם של בני-אדם גבוהים ונמוכים, אבל היחס בין היד לרגל של אותו אדם הוא קבוע.הבנת תהליכי ההתפתחות של תאי עובר, והמנגנונים המכוונים את התפתחות הרקמות והאיברים, תוכל להוביל, בעתיד, לפיתוח שיטות רפואיות מתקדמות שיוכלו אולי לסייע בהשלמת רקמות ואיברים פגועים.