"תכנות מחדש חלקי" מעניק תקווה להאטת הזדקנות

הזדקנות זהו תהליך מורכב ורב-גוני, הכולל שינויים רבים ברמות המולקולרית, התאית, הרקמתית והאיברים.
כתוצאה מכך, תאים מבוגרים מאבדים את יכולתם לתפקד בצורה מיטבית, מה שמוביל לירידה בתפקוד הגוף ולעלייה בשכיחות מחלות.

תכנות מחדש היא גישה מחקרית חדשנית שמטרתה להחזיר תאים מבוגרים למצב צעיר יותר.
הגרסה המוכרת ביותר שלה מבוססת על ביטוי מחדש של גורמי Yamanaka,
קבוצת גנים שתפקידם מרכזי בהפיכת תאים סומטיים לתאי iPS (תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים).

תכנות מחדש חלקי היא גרסה מתפתחת של גישה זו.
בניגוד לתכנות מחדש מלא, המביא להפיכת תאים סומטיים לתאי iPS,
תכנות מחדש חלקי מבקש לחולל שינויים מוגדרים יותר בתא, תוך שמירה על זהותו.
גישה זו עשויה להיות בטוחה יותר באופן עקרוני, ופותחת אפשרויות מחקר חדשות בתחום ההזדקנות.

מחקר שפורסם בשנת 2024 בכתב העת eLife בוחן את הפוטנציאל של תכנות מחדש חלקי.
צוות חוקרים ממעבדתו של ואדים גלדישב בבית החולים בריגהאם ובית הספר לרפואה של הרווארד, ובהם ויין מיטשל, לודגר גומינה ואלכסנדר טישקובסקי,
בחן את ההשפעות של תכנות מחדש חלקי על תאים שגודלו במעבדה.

חשוב להבהיר מראש: המחקר נערך כולו על תאי פיברובלסטים של עכברים שגודלו בצלחת מעבדה (in vitro), ולא על בעלי חיים שלמים או על בני אדם. החוקרים בודדו פיברובלסטים מעכברים צעירים (בני 4 חודשים) ומבוגרים (בני 20 חודשים) והשוו ביניהם.

מחקר זה השתמש במגוון שיטות מתקדמות כדי לבחון את ההשפעות של תכנות מחדש חלקי על התאים:

1. תכנות מחדש חלקי כימי:

• החוקרים השתמשו בקוקטיילים של תרכובות קטנות (מולקולות כימיות), שתוכננו כדי לעורר תכנות מחדש חלקי.
• בניגוד לתכנות מחדש גנטי, הקוקטייל הכימי במחקר זה פעל במנגנון הנבדל מהפעלת גורמי Yamanaka. למעשה, הקוקטייל היעיל ביותר (המכונה 7c) לא הגביר את הביטוי של Sox2 ו-Oct4, ואף הפחית את הביטוי של Nanog ושל Myc.
• כלומר, הצערת התאים הושגה כאן בנתיב כימי שונה מזה של תכנות מחדש מבוסס גורמי Yamanaka הקלאסי.

2. פיברובלסטים:

• המחקר התמקד בפיברובלסטים, תאים הנמצאים ברקמות חיבור.
• תאים אלו נבחרו מכיוון שהם קלים יחסית לגידול במעבדה וניתן להפיק מהם מדידות מדויקות.
• יתרון נוסף הוא שפיברובלסטים נחקרים רבות בהקשר של הזדקנות תאית.

3. אנליזות מולקולריות מקיפות (multi-omics):

• לאחר ביצוע תכנות מחדש חלקי, החוקרים ניתחו את התאים ברמות שונות:
  • RNA-seq: ניתוח רצפי ה-RNA של התאים, המאפשר זיהוי שינויים בביטוי גנים.
  • פרוטאומיקה ופוספו-פרוטאומיקה: ניתוח כמותי של חלבונים ושל זרחון חלבונים, המאפשר זיהוי שינויים ברמות ובתפקוד של חלבונים.
  • מטבולומיקה: ניתוח מטבוליטים בתא.
  • מתילציה של DNA: מדידת תבניות מתילציה של ה-DNA, המשמשת לחישוב שעונים אפיגנטיים.

4. מדדים פונקציונליים:

• בנוסף לאנליזות המולקולריות, נמדדו גם מדדים פונקציונליים, כגון:
  • נשימה תאית: מדד לתפקוד המיטוכונדריה (אברונים תאיים החיוניים לייצור אנרגיה), שנמדד באמצעות נשמת תאית (respirometry).
  • פוטנציאל הממברנה המיטוכונדריאלית: מדד נוסף לתפקוד המיטוכונדריה.

5. השוואה בין תאים צעירים ומבוגרים:

• המחקר כלל השוואה בין תוצאות שהתקבלו מתאים צעירים ותאים מבוגרים שעברו תכנות מחדש חלקי.
• השוואה זו אפשרה לבחון האם ההשפעה שונה בין תאים צעירים למבוגרים.

יתרונות שיטות המחקר:

• שימוש בטכנולוגיות חדישות ומדויקות.
• ניתוח מעמיק ברמות שונות, מהמתילציה והתעתיק ועד לחלבונים ולמטבוליטים.
• בחינה של מדדים פונקציונליים.
• השוואה בין תאים צעירים ומבוגרים.

תוצאות המחקר:

הטיפול בתכנות מחדש חלקי גרם לשינויים, הן ברמת התעתיק והן ברמת החלבון:

1. שינויים ברמת התעתיק:

• ניתוח RNA-seq הראה שינויים בביטוי של גנים רבים.
• חלק מהשינויים היו קשורים לתהליכים מטבוליים, ובכללם כאלה הקשורים למיטוכונדריה.

2. שינויים ברמת החלבון:

• ניתוח הפרוטאום הראה שינויים ברמות ובתפקוד של חלבונים.
• גם כאן נצפו שינויים בחלבונים המעורבים בתהליכים מטבוליים ומיטוכונדריאליים.

3. השפעות פונקציונליות:

• החוקרים דיווחו על שינויים במדדי תפקוד תאי, כפי שנמצא בנשימה תאית ובפוטנציאל הממברנה המיטוכונדריאלית.
• על פי שעונים אפיגנטיים (מבוססי מתילציה) ושעונים תעתיקיים שחושבו על התאים שגודלו במעבדה, הגיל הביולוגי המוערך של התאים ירד.

4. השוואה בין תאים צעירים ומבוגרים:

• השינויים שחוללו הקוקטיילים היו דומים מאוד בין קבוצות הגיל השונות, עם מתאם גבוה בין התאים הצעירים למבוגרים.
• במילים אחרות, ההשפעה לא הייתה מוגבלת לתאים מבוגרים בלבד אלא נצפתה גם בתאים צעירים.

מסקנות:

מחקר זה מספק ראיות ראשוניות לכך שתכנות מחדש חלקי כימי עשוי להצעיר תאים שגודלו במעבדה, לפחות לפי מדדים מולקולריים ושעונים ביולוגיים.
עם זאת, חשוב לסייג: מדובר בתאי עכבר בצלחת בלבד, ולא בבעלי חיים שלמים או בבני אדם.
הקפיצה מתוצאות במעבדה אל טיפול במחלות הקשורות לגיל, כגון מחלות לב וכלי דם, אלצהיימר או סרטן, היא רחוקה ומשעריות בשלב זה, ותדרוש מחקר נוסף רב, כולל ניסויים בבעלי חיים ובהמשך בבני אדם, לפני שניתן יהיה לדבר על יישום קליני.

.
הפניות:
https://elifesciences.org/articles/90579