התולעת העולה מן האפר

תאים ייחודיים בתולעת השטוחה פלנריה מסוגלים ליצור תולעת שלמה. התברר שהם תאי גזע בעלי פוטנציאל בלתי מוגבל, בדומה לתאי גזע עובּריים

נעם לויתן | גליליאו

פלנריה מהמין Schmidtea mediterranea

פלנריה מהמין Schmidtea mediterranea. צילום: Alejandro Sánchez Alvarado, CC-BY-SA.

בעלי חיים רבים מסוגלים לבנות מחדש חלקי גוף שנקטעו, תהליך הקרוי רֶגֶנֶרַציה (מילולית – יצירה מחדש). השממית, למשל, מסוגלת לצמח מחדש את זנבה לאחר שניתקה אותו, וסלמנדרה שאיבדה את גפיה תצמיח במהרה גפיים חדשות. אך ישנן חיות בעלות יכולת רגנרציה מרשימה ומעוררת פליאה אף יותר, היכולות לבנות מחדש חלקים נכבדים מגופן. אחת מחיות אלו היא הפְּלָנַריה, תולעת שטוחה החיה במים מתוקים (אם כי יש מינים ימיים). אורכה נמדד במילימטרים והיא משמשת חיית מעבדה כבר למעלה ממאה שנים. כאשר, כדברי מלכת הלבבות, עורפים את ראשה של הפלנריה, הוא יצמח מחדש בתוך פחות משבוע, ואם מבתרים את גופה לכמה חלקים כל חלק יתחדש ויתפתח לפלנריה שלמה.

שני מחקרים, שנעשו בראשותו של פיטר רדיאן (Reddien) ממכון וייטהד למחקר ביו-רפואי במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), התפרסמו בכתב-העת המדעי Science וחשפו פרטים חדשים על התאים המיוחדים המעניקים לפלנריה את כושר הרגנרציה שלה וכן על האופן שבו נקבע אם יצמח באזור הקטוע ראש או זנב.

הרגנרציה בפלנריות מתרחשת באמצעות תאים הקרויים נֵיאוֹבְּלַסטים, המצטברים באזור החתך. צבר תאים זה קרוי בְּלַסטֶמה וממנו מתפתחות הרקמות החסרות. עם זאת, תכונות התאים המרכיבים את הבלסטמה אינן ידועות. בבעלי חיים אחרים, כגון האדם, רקמות מתחדשות באמצעות תאי גזע בוגרים, שהם תאים לא ממויינים המסוגלים להתמיין ולהפוך רק לתאים של רקמה ספציפית. למשל, תאי גזע של מערכת הדם (הֶמָטוֹפּוייטים) אחראים ליצירתם של תאי הדם השונים – אדומים, לבנים ותאים יוצרי טסיות – אך אינם מסוגלים להשתנות ולהפוך לתא כליה, ותאי הגזע של השריר (תאי הלוויין) הופכים אך ורק לתאי שריר. אך למרות זאת מקור כל התאים המופיעים בבוגר הוא תא אחד: הביצית המופרית. בראשית התפתחותו של העובּר כל תאיו הם תאי גזע עובריים, שהם בעלי פוטנציאל להפוך לכל תא שהוא ומסוגלים ליצור את כל הרקמות והאיברים שיהיו בגוף הבוגר.

האם הניאובלסטים, התאים המיוחדים המאפשרים את התחדשות הפלנריה, הם אוכלוסייה מגוונת של תאים, כשכל תא מסוגל לייצר רק חלק קטן מהרקמות החסרות, בדומה לתאי גזע בוגרים או שמא מדובר בתאים הדומים לתאי גזע עובּריים, בעלי פוטנציאל בלתי מוגבל, שכל אחד מהם מסוגל להתמיין ולהפוך לכל תא הנדרש לחידוש הרקמות?

כדי לבדוק זאת דניאל וגנר (Wagner) ואירווינג ואנג (Wang) ממעבדתו של רדיאן הקרינו פלנריות מהמין Schmidtea mediterranea בעוצמות קרינה כזו שהשמידה כמעט את כל הניאובלסטים בגופן (מאחר שהניאובלסטים הם תאים מתחלקים הם רגישים יותר לקרינה מאשר תאי רקמה ממוינת). המעטים ששרדו בגוף הפלנריות החלו להתחלק וליצור כעין מושבות, צברים, שהתפשטו בגוף התולעים ויצרו תאים שונים שחידשו את הרקמות שנפגעו מהקרינה. החוקרים כינו את התאים המסוגלים להתחלק וליצור מושבות כאלו c-Neoblasts.

פלנריה שהוקרנה כדי להשמיד את מרבית תאיה המתחלקים להוציא תאי הגזע הנדירים, c-Neoblasts. לאחר 14 יום מושבות של תאים אלה (הכתמים הכהים) התחילו להתפשט בגוף התולעת.

פלנריה שהוקרנה כדי להשמיד את מרבית תאיה המתחלקים להוציא תאי הגזע הנדירים, c-Neoblasts. לאחר 14 יום מושבות של תאים אלה (הכתמים הכהים) התחילו להתפשט בגוף התולעת. צילום: Daniel Wagner

כדי לבדוק כי אכן תא ניאובלסט יחיד מסוגל להפוך לכל תא בגוף הפלנריה החוקרים שוב הקרינו כמה תולעים, אך הפעם בעוצמת קרינה שהשמידה כל תא מתחלק – כלומר כל ניאובלסט – בגופן וכך גזרו על הפלנריות מוות אטי בלי אפשרות לתקן את גופן מנזקי הקרינה. כדי לנסות ולהציל את הפלנריות המוקרנות לקחו וגנר וואנג תא ניאובלסט (c-Neoblast) בוֹדד מפלנריה בוגרת אחרת ושתלו אותו בזנבה של תולעת מוקרנת. התא הבודד התחלק ויצר צברים שהתפשטו לאורך גופה הגוסס והמתפרק של הפלנריה המוקרנת ולבסוף צימחו מחדש את כל הרקמות והאיברים שנפגעו, כגון עיניים, עצבים ומערכת עיכול. הפלנריה החדשה, שכמו עוף החול עלתה מן האפר, למעשה מורכבת מתאי התולעת שתרמה את הניאובלסט. היא אף שינתה את דרך הרבייה שלה לדרכה של התורמת – בעוד הפלנריה המוקרנת היתה מזן המתרבה ברבייה זוויגית, הרי התורמת, והפלנריה החדשה, מתרבות ברבייה אל-זוויגית.

פלנריה גוססת לאחר שהוקרנה זוכה לחיים חדשים, כמו עוף החול, עקב השתלה של תא גזע בודד מפלנריה אחרת.

פלנריה גוססת לאחר שהוקרנה זוכה לחיים חדשים, כמו עוף החול, עקב השתלה של תא גזע בודד מפלנריה אחרת. איור: נעם לויתן

הפלנריה שצמחה מחדש היתה בריאה לחלוטין, וכשחתכו אותה החוקרים לשניים עבר כל חלק רגנרציה לפלנריה שלמה! כלומר, תא ניאובלסט בודד יצר תולעת שלמה (ואפילו כמה פלנריות), על כל איבריה. המסקנה מהניסוי המדהים היא שהניאובלסטים הם תאי גזע בוגרים בעלי פוטנציאל בלתי מוגבל, בדומה לתאי גזע עובּריים.

אך כיצד הניאובלסטים "יודעים" אם עליהם לייצר ראש או זנב?

ממחקרים קודמים התברר כי מסלול העברת אותות (מסלול המורכב משרשרת של גנים המופעלים עקב התקשרות של מולקולה לקולטן בתא) הקרוי Wnt משפיע על הרגנרציה. מסלול ה-Wnt הוא מסלול חשוב הקשור להתפתחות עוברית, לתחזוקת רקמות ולסרטן, והוא שמור אבולוציונית, כלומר אפשר למצוא אותו ביצורים שונים ומגוונים כמו יונקים, זבובים ותולעים.

כשמסלול ה-Wnt פועל, יצמח בתהליך הרגנרציה של הפלנריה זנב; וכשהוא מעוכב, אינו פועל, יצמח ראש. ואולם, כריסטיאן פטרסן (Petersen) ורדיאן גילו כי Wnt מופעל באזור החתך בכל מקרה, גם אם חותכים לפלנריה את הזנב וגם אם חותכים לה את הראש. הם הראו כי בחתכים הפונים לחלק הקדמי, כלומר חתכים שמהם יתפתח ראש, הפעלת Wnt גורמת להפעלתו של גן הקרוי notum. גן זה, שהתגלה לראשונה בזבוב דרוזופילה (תסיסנית המחקר), מדכא את פעילות מסלול ה-Wnt וכך מאפשר לראש להתפתח. לעומת זאת, בחתכים שפונים לאחור הגן לא מופעל ולכן פעילות Wnt נותרת גבוהה ומאפשרת צמיחת זנב חדש. נוסף על כך, כשדיכאו החוקרים את פעילותו של הגן notum, הפלנריה צימחה זנב במקום ראש והתקבלה פלנריה דו-זנבית חסרת ראש. תוצאות אלו מראות כי כיוון החתך בגוף משפיע על ביטויו של notum וכך קובע אם יווצר ראש או זנב.

מאחר שליותר ממחצית הגנים של הפלנריה, וביניהם notum והגנים של מסלול העברת האותות Wnt, יש גרסה מקבילה בבני אדם, החוקרים מקווים כי הבנת תהליכי הרגנרציה בפלנריה תשפוך אור על תהליכי תיקון הרקמות בבני אדם. בין היתר חקר התכונות והגנים של הניאובלסטים, שהחוקרים הוכיחו כי הם תאי גזע, עשוי להגדיל את הבנתנו על אודות תאי גזע באדם וכך לשפר את היכולת להשתמש בהם ברפואה להחלפת תאים ואיברים פגומים.

לקריאה נוספת

המאמרים המקוריים:

Wagner, D. E. et al. Clonogenic neoblasts are pluripotent adult stem cells that underlie planarian regeneration. Science 332, 811-816 (2011). doi: 10.1126/science.1203983

Petersen, C. P. & Reddien, P. W. Polarized notum activation at wounds inhibits Wnt function to promote planarian head regeneration. Science 332, 852-855 (2011). doi: 10.1126/science.1202143

ליה אטינגר ופאני דולז'נסקי. ביולוגיה התפתחותית. האוניברסיטה הפתוחה, 1996.

הכתבה המקורית התפרסמה במגזין גליליאו גיליון 155, יולי 2011

מודעות פרסומת

תגיות: , , , , , , ,

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s

%d בלוגרים אהבו את זה: