מחקר חדש מאוניברסיטת תל אביב על תולעים נימיות (מהמין C. elegans) מצא כי מולקולות קטנות המיוצרות במוחן של התולעים יכולות לעבור בתורשה לצאצאיהן ולהשפיע על התנהגותם. המולקולות שמגיעות מההורה משפיעות על האופן שבו החומר הגנטי של הצאצאים בא לידי ביטוי במה שמכונה הורשה אפיגנטית.

מהרגע שתא זרע וביצית נפגשים, החומר הגנטי של שניהם יחד מכתיב את צבע עיניו, גובהו, שכלו ובריאותו של האדם. אבל החומר הגנטי (ה-DNA) הוא רק הוראות ההכנה, וכל מי שאפה עוגה בחייו יודע שגם להוראות הכנה יכולות להיות כמה פרשנויות שונות, תלוי מי קורא אותן.

בתאים השונים בגוף יש שחקנים רבים שיכולים להשפיע על האופן שבו ה-DNA בא לידי ביטוי – אילו גנים יבוטאו, באיזה חלק בגוף ומתי - אבל הם לא משנים את תוכנו ורצפו של ה-DNA. למשל, בכל התאים יש DNA זהה אבל המולקולות השונות בתא הן שמגדירות את זהותם הייחודית של התאים, והאם יהפכו לתא לב או תא כבד. חלק מהמולקולות האלה נמצאות בתאי המין, תא הזרע והביצית, ולכן הן מצליחות לעבור לדור הבא ולהשפיע על ביטוי ה-DNA גם בצאצאים. באותו האופן שה-DNA מורש לדור הבא, כך גם השחקנים השונים שמשפיעים עליו יכולים להיות מורשים. צורת תורשה זו נקראת הורשה אפיגנטית, כלומר "מעל לגנים"'.

ה-DNA מכיל גנים רבים הכוללים הוראות לייצור חלבונים וכן קטעי DNA שתפקידם לבקר את ייצור החלבונים. אחד השחקנים שיכול, למשל, להשפיע על סוג וכמות החלבונים שיווצרו לפי הוראות ה-DNA - הוא קבוצת מולקולות קטנות המכונות RNA הפרעתי קצר (או siRNA). תפקידן בתא הוא, ובכן, להפריע לתהליכים (או בעגה הביולוגית – להשתיק). הן מפריעות לגנים מסוימים לבוא לידי ביטוי, ולכן מסלול פעילותן נקרא גם "מערכת ההפרעה" (RNA interference). במידה וה-siRNA האלו נמצאים בתאי המין – הם יכולים להיות מורשים לדור הבא ולהפריע גם לו.

ממצאים מהשנים האחרונות מראים כי גם הסביבה משפיעה על ביטוי ה-DNA. תזונה או לחץ, למשל, יכולים להשפיע על ה-siRNA ודרכם על הצורה בה ה-DNA מבוטא. ה-siRNA האלו יכולים גם להיות מורשים - אז בעצם הסביבה של ההורה יכולה לגרום לשינויים גם בצאצאיו. מעין "אָבוֹת אָכְלוּ בֹסֶר וְשִׁנֵּי בָנִים תִּקְהֶינָה", גרסת המדע.

במחקר חדש שהתפרסם היום בכתב העת היוקרתי Cell, קבוצת חוקרים מאוניברסיטת תל אביב בהובלת פרופ' עודד רכבי, הוכיחה כי לא כל מה שקורה במוח נשאר במוח, חלק משפיע על תאי המין, ועובר לדורות הבאים [1].

מחקרם נעשה על תולעים נימיות (C. elegans), חיית המודל בה נחקרה ונתגלתה לראשונה מערכת ההפרעה, תגלית שהובילה לפרס נובל לאחר שהתגלה שהתהליך קיים גם בבני אדם. היום תולעים אלו נפוצות מאוד במחקר של אפיגנטיקה.

לצורך הניסוי, החוקרים הינדסו גנטית קבוצה אחת של תולעים שחסרות לחלוטין חלבון בשם RDE-4 וקבוצה שניה של תולעים המבטאות את החלבון, אבל במוחן בלבד. חלבון זה הוא חלבון חיוני לייצור משפחה ספציפית של siRNA. כצפוי, בתולעים שביטאו RDE-4 במוחן אכן נוצר siRNA במוח, אך להפתעת החוקרים הוא הופיע לא רק במוח אלא גם בתאי המין. הופעתו בתאי המין יכולה לנבוע מנדידה של siRNA מהמוח אל תאי המין או מתקשורת בין המוח לתאי המין שמעודדת את ייצורו על ידי תאי המין עצמם.

על מי משפיע ה-siRNA הזה? החוקרים מצאו כי בתולעים שאינן מייצרות RDE-4 כלל, התולעים איבדו את היכולת להגיב לחומרים כימיים בסביבתן ולנוע לכיוונם (התנהגות הנקראת כימוטקסיס, ניתן לקרוא עליה בהרחבה בכתבה קודמת שלנו [2]). בתולעים שביטאו RDE-4 במוח, התנועה השתפרה משמעותית, והחוקרים מצאו שפעילות ה-siRNA דווקא בתאי המין הייתה קריטית לשיפור יכולת התנועה. כלומר, התקשורת של תאי המוח עם תאי המין, בתיווך ה-siRNA, היא שהשפיעה על התנהגות התולעים.

כזכור, תאי המין מכילים את המידע הגנטי והאפיגנטי שעובר לדורות הבאים, ולכן נשאלת השאלה: מה לגבי הצאצאים? מבין כל הצאצאים של התולעים שביטאו RDE-4 במוח, החוקרים בודדו רק את הצאצאים שלא ייצרו RDE-4 כלל, כך שהם לא יכלו לייצר siRNA בעצמם כדי לשקם את התנועה. הם מצאו כי התנועה הייתה תקינה גם לאורך 3 דורות של צאצאים. כלומר, ה-siRNA של ההורים הורש מדור לדור ושיקם את התנועה גם בנינים. למעשה, המוח תיקשר עם תאי המין באמצעות ה-siRNA והשפיע על ההתנהגות של הדורות הבאים. זוהי הפעם הראשונה שבה זוהה מנגנון שיכול לתווך מידע מהמוח של הורה ולהשפיע על ההתנהגות של הצאצאים.

מערכת ההפרעה אמנם נחקרת בעיקר בתולעים נימיות, בשל קלות העבודה עימן, אך היא שמורה לאורך האבולוציה וכנראה התקיימה כבר באאוקריוטים (תאים בעלי גרעין) הקדומים ביותר, ולכן ניתן למצוא אותה במגוון רחב מאוד של בעלי חיים וצמחים. לא מן הנמנע, שבעתיד הלא רחוק נגלה שתהליכים דומים מתרחשים בבעלי חיים אחרים ומורכבים יותר ואולי אף משפיעים על התנהגויות מורכבות יותר.

מקורות וקריאה נוספת:

1) המאמר המקורי
2) הרחבה על נהירה כימית
3) הרחבה על אפיגנטיקה מהבלוג "תיבת נעם - מחשבות ביולוגיות" 
4) סרטון על מחקר קודם ממעבדתו על פרופ' עודד רכבי
5) פרס הנובל על גילוי מערכת ההפרעה