מחקר בגובה העיניים
מחקר בגובה העיניים
עובדות ומספרים


יריעות וקיפולים: מודל פיזיקלי של תהליכים בשלד התא
גם לתא יש שלד – אך הוא דינמי, ומתפרק ונבנה מחדש בלי הרף. כיצד הֶרְכֵּב שלד התא משפיע על צורתו ועל תכונותיו? מודל פיזיקלי אִפשר לחקור את השאלה בעזרת מערכת פשוטה
אחד המרכיבים החשובים של תאינו הוא הרשת המורכבת הנקראת "שלד התא". שלד התא מעניק לתא את צורתו ומאפשר לו לנוע, להוביל חומרים בין חלקי התא השונים ולתקשר עם סביבתו. שלד התא בנוי מסִיבִים שונים, ששניים מהם נקראים אַקטִין ומיקרוטוּבּוּלִין. סיבים אלה יוצרים רשתות דינמיות שחלקים מהן מתפרקים ונבנים מחדש בלי הרף. הודות לתהליכי הארגון-מחדש הרציפים והמהירים של שלד התא, התא מסוגל להגיב לגירויים שונים בטווח רחב של סקאלות זמן: מתהליכים מהירים מאוד (אלפיות השנייה) ברמת המולקולה הבודדת, ועד שינויים ממושכים יותר (דקות ושעות) ברמת התא השלם. המטרה הראשית של מחקרנו הייתה להבין טוב יותר את הקשר בין ההרכב, המבנה והפעילות של שלד התא לבין תהליכי ההתארגנות הפנימיים של התא. להתארגנות שלד התא חשיבות מכרעת ביכולתו של התא להתנייד, לשנות צורה ולהגיב ביעילות על הפרעות חיצוניות. לצורך המחקר השתמשנו במערכות מודל פשוטות ומבוקרות היטב כדי לחקור תהליכים ביופיזיקליים מורכבים באופן מבוקר וכמותי. מערכות מודל אלו רחוקות מן המורכבות של מערכת ביולוגית אמיתית, אך הן מורכבות מספיק כדי לדמות את התופעה הביולוגית שאותה אנו מעוניינים לחקור. בעבודה זו השתמשנו במערכת מודל הכוללת תמיסת חלבונים וביניהם סיבים של החלבון אַקטִין, מנועים מולקולריים מסוג הנקרא מיוזין II המפעילים כוחות על סיבי האקטין, וחלבונים אחרים המשפיעים על הבנייה ועל הפירוק של סיבי האקטין. מטרות המחקר שבהן התמקדנו הן: (1) בדיקת ההשפעה של תכונות המבנה והדינמיות של יריעות דקות של סיבי אקטין על תהליכי הכיווץ והקיפול שלהן (2) בדיקת ההשפעה של הרכב החלבונים בתמיסה, ובפרט חלבוני המנוע, על תהליכים אלו (3) השפעת עובייה ואורכה של היריעה על תהליך הקיפול שלה, בזמן ובמרחב הראינו שיריעות דקות של רשתות פעילות של אקטין ומיוזין מתכווצות באופן שונה אם היריעה דקה או עבה. כמו כן מצאנו כי לממדי היריעה השפעה מכרעת גם על המבנה התלת-ממדי הסופי שלה. גם לעובי היריעה יש השפעה: יריעות דקות ייטו להתקפל למבני דמויי עלים או אוכף, בעלי עקמומיות גאוסית שלילית (כלומר: כל שני ישרים מאונכים המשורטטים על כל נקודה במשטח יהיו בעלי עקמומיות הפוכה, כאשר ישר אחד יהיה קעור והשני קמור). לעומת זאת, יריעות עבות ייטו להתקפל למבנה כיפתי, בעל עקמומיות גאוסית חיובית (במקרה זה כל שני ישרים מאונכים המשורטטים על המשטח יהיו בעלי עקמומיות זהה, כלומר שניהם יהיו קעורים או קמורים). את תוצאות הניסוי הסברנו באמצעות מודלים פיזיקליים. הראינו שרשתות האקטין הפעילות שיצרנו הן מטא-חומר אקטיבי, ותכונותיהן נקבעות על ידי הכוחות המופעלים על ידי חלבוני המנוע ועל ידי הארגון המרחבי שלהן ברשת. חלק נוסף במחקר התמקד בשאלה מה ההשפעה של מבנה הרשת על תהליכי הכיווץ והקיפול שלה. מצאנו ערך סף של ריכוז מנועים מולקולריים שמתחתיו רשת האקטין נשארת סטטית ואינה מתכווצת או מתקפלת. הראינו גם כי ככל שסיבי הרשת עבים יותר, כך תהליך הכיווץ והקיפול איטי יותר. ולבסוף, מצאנו דרך פשוטה להעריך את קשיחות הרשת, ללא צורך בהתערבות של מכשיר מדידה חיצוני. לסיכום, רשתות אקטו-מיוזין הן מטא-חומר אקטיבי בעל תכונות ייחודיות. רשתות אלו יכולות להתכווץ ולשנות צורה, אם הן דקות מספיק. בזכות תכונות אלו, ובזכות היותן ביו-קומפטביליות (מתאימות לשימוש במערכות ביולוגיות), הן יכולות לשמש בתכנון ביו-חומרים עם יכולות תיקון עצמי לשימושים רפואיים שונים.
תמונות המחקר
