"... וזהו סוף הזיכרון" מחלת אלצהיימר ומחקר לפיתוח שיטת טיפול חדשנית

חוקר: ארז פודולי
מנחים: פרופ' חרמונה שורק, פרופ' עודד לבנה
המחלקה לביוכימיה ומרכז וולפסון לביולוגיה מבנית יישומית, האוניברסיטה העברית ירושלים

המחקר התנהל כחלק מעבודת הדוקטור של ארז פודולי, בשנים 2003-2008.

רקע
מחלת אלצהיימר היא מחלה מוחית חשוכת מרפא, המאופיינת בהידרדרות הדרגתית של פעילות המוח וגורמת לאובדן הדרגתי של הזיכרון, ההיגיון והאישיות, ולמוות.

עיבוד שגוי של אחד החלבונים במוח מוביל ליצירת עמילואיד-בטא (amyloid beta, Aß) המצטבר לסיבים ומשקעים רעילים (פלאקים) במרווחים הבין תאיים.

חלק ימני של מוח בריא, וחלק שמאלית של מוח חולה אלצהיימר בשלב מתקדם

תהליכים אלה מובילים לפגיעה ומוות של תאי עצב במוח, שבעקבותיהם חלה ירידה בכמות המעביר העצבי אצטילכולין (ACh, Acetylcholine) המופרש מהתאים, וחלה פגיעה במסר המועבר לעצבים אחרים, לשרירים ולבלוטות. ראשון להיפגע הוא איזור ההיפוקמפוס, אזור החשוב לזיכרון ולמידה.

צברים של מקטעי-חלבון עמילואיד-בטא יוצרים משקעים הנקראים פלאקים

תאי עצב במוח בריא

הרס תאי עצב כתוצאה מהפלאקים

הטיפול הנפוץ מעכב חלבונים המפרקים אצטילכולין, במטרה להחזיר אצטילכולין לרמות הנורמליות שלו, טיפול המאט את הידרדרות המחלה ומשפר אך במעט את איכות החיים של החולה, אך אין בו כדי לעצור או לרפא אלצהיימר.

שני חלבונים, החולקים ביניהם דמיון כימי ומבני רב, אחראים לפירוק המעביר העצבי אצטילכולין במח הבריא: אצטילכולינאסטרז (AChE) ובוטירילכולינאסטרז (BChE), המכונים כאן A ו-B, בהתאמה.

מחקרים קודמים הראו כי A נמצא בתוך הפלאקים באלצהיימר ומאיץ את התפתחותם. למרות שגם חלבון B נמצא בפלאקים, השפעתו עליהם לא הייתה ידועה, וההנחה הרווחת הייתה כי B חסר השפעה על יצירת הפלאקים.

שאלות המחקר
1: האם לחלבונים "מפרקי אצטילכולין", A ו-B, יש השפעות שונות על יצירת הפלאקים במחלת האלצהיימר?
2: אם כן - מה מאפשר לשני חלבונים דומים לפעול באופן שונה?

שיטות ותהליך המחקר

• שיטות פלואורסנטיות: מדידת כמות הפלואורסנציה במגע של חומר מיוחד עם סיבים עמילואידים מייצגת את כמות הסיבים שנוצרו במבחנה.
• צפייה בסיבי עמילואיד-בטא בעזרת מיקרוסקופ אלקטרונים.
• בניית מודל ממוחשב למבנה המרחבי של חלבונים.
• סינתזה של מקטעי-חלבון קצרים, a ו- b מתוך הרצף של החלבונים מפרקי-אצטילכולין Aו-B בהתאמה.
• הנדסה גנטית: בתחילת המחקר נעשה שימוש בחלבון B ממנות דם, מקור בעל רמת סיכון גבוהה וזמינות אספקה נמוכה. בשיטות של הנדסה גנטית הוחדר הגן המקודד לחלבון מאדם לתוך גנום עיזים, באופן שבו העיזים יפרישוB בחלב. כך התאפשרה הפקה של חלבון ברמת סיכון נמוכה ובכמויות בלתי מוגבלות.

תוצאות

1. לחלבונים A ו-B, יש השפעות הפוכות על יצירת הסיבים והפלאקים.
   בעוד ש-A מאיץ את קצב יצירת הסיבים כאשר מוסיפים אותו לעאמילואיד בטא, מצאנו כי ריכוז זהה של B מאט את התהליך.
   
   
   
   חלבון B אף מפרק סיבים קיימים.
   בתמונה העליונה - סיבים עמילואידים, כפי שנצפו במיקרוסקופ אלקטרונים.
   בתמונה התחתונה - הוספה של חלבון B לסיבים קיימים מובילה לפירוק הסיבים.
   
   בניגוד לחלבון A, חלבון B מאט את יצירת הסיבים העמילואידים
   
   הגרף מתאר את קצב יצירת סיבי עמילואיד-בטא במבחנה. הקו השחור מתאר את קצב יצירת הסיבים בהעדר השפעה של גורמים נוספים. הוספה של חלבון A (כחול) מזרזת את יצירת הסיבים, בעוד שהוספה של חלבון B (ורוד) מאטה את יצירתם. בהספה של שני החלבונים יחדיו (סגול), חלבון B מבטל את ההשפעה של חלבון A כך שיצירת הסיבים שבה לקצב יצירתם המקורי (הקו הסגול כמעט חופף לקו השחור).
   
   
2. אותר ואופיין החלק בחלבון B האחראי על האטת היצירה של סיבי עמילואיד-בטא ניתוח מבני ממוחשב של שני החלבונים הביא להשערה שקצה החלבונים הוא בעל פוטנציאל להשפיע על האפקט השונה. מצאנו כי חומצת אמינו אחת פוגעת בתכונות המסיסות של מקטע-חלבון b, בעוד שבמקטע a אין פגיעה כזו.
   
   
   מקטע a יש הפרדה מלאה לצד אוהב-מים (הידרופילי, בצהוב) ולצד שונא-מים (הידרופובי, בירוק), תכונה הגורמת לו להתמוסס במים. בעוד שחומצת אמינו אחת פוגעת בתכונת המסיסות של מקטע b.
   
   

דיון ומסקנות
חלבון שמצוי בפלאקים הנוצרים במוחות חולי אלצהיימר מאט את יצירתם. החלבון דומה מאד לחלבון אחר המאיץ את יצירת הפלאקים, אך שינוי זעיר בהרכב החלבון מאפשר לו לבוא במגע עם היחידה הבסיסית הבונה את הסיבים והפלאקים ולנטרל את השפעתה הרעילה. ייתכן שחלבון זה, שמתבטא באופן טבעי במוחנו, מספק הגנה כנגד רעילות הפלאקים ומאפשר למוח להילחם במחלת אלצהיימר.

חשיבות המחקר
בימים אלה מתבצע מחקר אינטנסיבי בתרביות תאים ובעכברי מעבדה. אם התוצאות יתאימו לניסויי המבחנה שתיארנו, יש סיכוי שהמחקר יתקדם לשלבים קליניים בחולים במטרה שהחלבון בוטירילכולינאסטרז (B) או מקטעים ממנו ישמשו כתרופה למחלת אלצהיימר. תרופה כזו, אם תפותח, תטפל בגורמי המחלה ולא רק בתסמיניה.

הרחבה על...
"הרגע המשמח ביותר בחיי"
אלברט איינשטיין, על גילוי עקרון השקילות שעליו מתבססת תורת היחסות הכללית

תוצאות מחקר - ממצא מדעי, המוצג בגרף או מתואר במספר שורות במאמר, הינו לרוב פרי עבודה רבה וממושכת. רגע קבלת הממצא הינו לעיתים קרובות מהמשמחים ומהמספקים ביותר בחייו של מדען. עם זאת, על המדען להיות ביקורתי כלפי הממצאים ולבסס את אמינותם, כדי שהקהילה המדעית כולה תוכל להאמין להם. מכיוון שתוצאות יכולות להיות תלויות בשיטות המחקר או באופן ניתוח התוצאות, ביסוס התוצאה נעשה על ידי חזרה על הניסוי, קבלת אותו ממצא בדרכים חלופיות, פסילת משתנים מתערבים אשר יכלו לגרום לתוצאה אך אינם עונים על השאלה לאורה נערך המחקר, ועיבוד של הממצאים במספר דרכים שונות. על החוקרים להציג את התוצאות באופן הברור ביותר והגלוי ביותר, ולהימנע מהצגת התוצאות לאור הפרשנות שהם מייחסים לה. עם זאת, מכיוון שלחוקרים שונים יש השקפות מדעיות שונות, לא אחת קורה שאותה תוצאה מפורשת באופנים שונים על ידי חוקרים שונים. פרשנויות שונות לאותן תוצאות מובילות לא אחת לשאלות מחקר נוספות, המולידות מחקרים חדשים שמקדמים את המדע. למרות שמחקרים נערכים במטרה לענות על שאלות מחקר מסוימות, פעמים רבות דווקא ממצאים שאינם עולים בקנה אחד עם ההשערה או שכלל לא נצפו, הם המעניינים ביותר והתורמים ביותר לקידום המדע.