‫שיעור ‪ :23‬צמתים בין תאים‬ ‫‪249‬‬ ‫‪31.05.2010‬‬ ‫שיעור ‪ :23‬צמתים בין תאים‬ ‫המרצה‪ :‬חררדו לדרקרמר‬ ‫מבנה האיברים‬ ‫נושא זה מהווה המשך לנושא השלד התאי‪ .‬אנחנו מכירים כבר תהליכים רבים בתוך התאים ואנחנו נראה‬ ‫כעת כיצד התאים מסודרים בכל הרקמות ובאיברים השונים‪ .‬בתמונה הבאה רואים סכמת חתך של איבר‪,‬‬ ‫במקרה זה המעי‪ ,‬אולם לרוב האיברים‪ 47‬יש דוגמה דומה‪.‬‬ ‫אנחנו רואים בחלק העליון את החלל של האיבר – ‪ – the lumen‬וכלפי החלל רואים את אצבעות ה‪-‬‬ ‫‪ .48villi‬השכבה שהכי קרובה לחלל היא האפיתל‪ .‬תפקידם של תאים אלו הוא בעיקר בספיגה והפרשה‪,‬‬ ‫כמו גם הגנה‪ .‬השכבה כולה מופיעה בצורה מקופלת על מנת להגדיל יחס נפח לשטח פנים כלפי החלל‪.‬‬ ‫אנחנו רואים שכל נקודה היא גרעין‪ ,‬והתאים צמודים בשכבה בודדת )לפי דוגמה זו(‪ .‬מתחת לרקמת‬ ‫האפיתל יש רקמת חיבור‪ ,‬המכילה תאים בשם פיברופלאסטים‪ .‬הפיברובלאסטים אינם צמודים והדוקים‬ ‫כמו האפיתל‪ ,‬והם "שוחים" בחומר חוץ תאי‪.‬‬ ‫מתחת לרקמת החיבור יש תאי שריר רבים – במקרה זה אלו תאי שריר חלק‪ .‬התאים של רקמת השריר‬ ‫צמודים אחד לשני וכולם בעלי כיווניות מסויימת‪ .‬ניתן להבחין בשתי שכבות של רקמת שריר‪ :‬אחת‬ ‫בכיווניות אורכית והשנייה בכיווניות רוחבית )האחד הולך במקביל ללוח והשני בניצב לו(‪ .‬שתי השכבות‬ ‫עוזרות ליצור תנועה פריסטאלטית על ידי התכווצות בכיוונים שונים – השכבה העליונה נותנת דחיפה‬ ‫לאורך המעי והשכבה השנייה מכווצת את המעי ודוחפת את המזון על ידי צימצום חלל המעי‪.‬‬ ‫‪ 47‬סייג קטן‪ :‬נכון עבור איברים צינוריים‪ .‬למעט אולי תכונת ה‪ villi-‬המבנה הזה חוזר בכל הצינורות – עיכול‪ ,‬הפרשה‪ ,‬מין‪ ,‬דם‬ ‫– אבל כמובן שאין זה תקף למבנה של איברים כמו לב‪ ,‬שרירים‪ ,‬מערכות השלד והעצבים וכדומה‪.‬‬ ‫‪ 48‬שימו לב‪ ,‬אלו לא המיקרו‪-‬ווילי כי הללו קיימים על תא בודד וכאן זוהי שכבה של תאים בתוך הרקמה‪.‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫ביולוגיה של התא ‪ -‬הרצאות‪1‬‬ ‫‪250‬‬ ‫אחרי רקמת השריר מופיעה עוד שכבה של רקמת חיבור‪ ,‬ותחתיה שוב שכבה של אפיתל‪ .‬השכבה הזו‬ ‫פונה כעת לצד החיצוני של האיבר )‪ .(external space‬מכאן שהאיבר מצופה אפתיל גם מבפנים וגם‬ ‫מבחוץ‪.‬‬ ‫רקמת האפיתל‬ ‫באיור משמאל ניתן לראות את‬ ‫המיקרוווילי על האפיתל‪ ,‬שלא ראינו‬ ‫קודם ברזולוציה הנמוכה יותר‪ .‬תאי‬ ‫האפיתל פונה כלפי החלל וגם כלפי‬ ‫הצד החיצוני של האיבר‪ .‬אנחנו נעסוק‬ ‫בצד הפנימי‪ ,‬אבל הדברים תקפים‬ ‫לתאי אפיתל באופן כללי‪.‬‬ ‫תאי האפיתל יושבים על רקמת החיבור‪ .‬רקמת החיבור הצמודה לתחתית התאים היא ה‪,basal lamina-‬‬ ‫הנמצאת מחוץ לתאים‪ .49‬לרקמת האפיתל יש כיווניות – המיקרו‪-‬ווילי )הצד האפיקלי( פונים תמיד לחלל‬ ‫)האיבר או הגוף(‪ ,‬והצד התחתון )באזאלי( של התא פונה לשכבה הבאזאלית‪ .‬החלק הזה מכונה לעיתים‬ ‫‪ basal-lateral‬כי הוא דומה בתכונותיו לצדדים של התאים להבדיל מהקוטב האפיקלי )‪ (apical‬שלהם‪.‬‬ ‫בתמונת המיקרוסקופיה האלקטרונית ניתן לראות חתך של תאים ולהבחין כי התאים צמודים למדי‬ ‫במשטח דו‪-‬מימדי‪ .‬תאי האפיתל יושבים על מעין "שטיח" של לאמינה באזאלית‪ .‬מתחת ללאמינה‬ ‫הבזאלית יש רקמת חיבור‪ .‬ניתן להבחין בסיבים רבים מחלבון קולאגן‪ ,‬כפי שנראה בהמשך‪.‬‬ ‫רקמת חיבור‬ ‫באיור משמאל רואים חתך במיקרוסקופיה אלקטרונית‬ ‫של רקמת חיבור‪ .‬ניתן לראות תא אחד של‬ ‫פיברובלאסט‪ ,‬סוג התאים הקיימים ברקמת החיבור‪.‬‬ ‫הפיברובלאסטים אינם צמודים – הם שוהים במטריקס החוץ תאי )‪.(extracellular matrix, ECM‬‬ ‫המטריקס מורכבת משני חומרים עיקריים‪ :‬סיבי קולאגן ופרוטאוגליקאנים‪.‬‬ ‫‪ 49‬אין לבלבל עם ה‪!nuclear lamina-‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫שיעור ‪ :23‬צמתים בין תאים‬ ‫‪251‬‬ ‫המטריקס החוץ תאי – סיבי הקולאגן‬ ‫כפי שניתן לראות באיור משמאל‪ ,‬סיבי‬ ‫הקולאגן בנויים כמו סיב בחתך האורך‬ ‫וכמו חוטי חשמל בחתך הרוחב –‬ ‫רואים שהם מורכבים מהרבה סיבים‬ ‫קטנים‪.‬‬ ‫הסיבים הקטנים הם פיברילות של‬ ‫קולאגן )‪ ,(Collagen Fiberils‬שגם‬ ‫הן מורכבות מסיבים פנימיים של‬ ‫מולקולות‬ ‫קולאגן‬ ‫המאורגנות‬ ‫בטרימרים )‪ – (Collagen Trimers‬שלושה פוליפפטידים של קולאגן יוצרים טרימר‪ ,‬הטרימרים בונים‬ ‫פיברילות והפיברילות ובנות את הסיבים‪ .‬לטרימר של הקולאגן יש מבנה של ‪ .50coiled coil‬המבנה הזה‬ ‫כאמור הוא מבנה מאוד חזק‪ .‬הטרימרים עשויים ממונומרים של קולאגן‪.‬‬ ‫עד כה הכרנו סיבים המתקיימים בתוך התאים; אולם סיבי הקולאגן הם סיבים הנמצאים בחומר החוץ‪-‬‬ ‫תאי‪ .‬סיבים מורכבים בבסיסם בחלבונים ולכן צריכים להיות מורכבים על ידי תאים מסויימים‪ ,‬שיפרישו‬ ‫אותם החוצה במסלול ה‪ ER-‬והגולג'י‪ .‬התאים האלו הם הפיברובלאסטים‪ .‬פיברובלאסטים מייצרים‬ ‫קולאגן ומפרישים אותו למטריקס החוץ תאי‪.‬‬ ‫אולם יש בעיה‪ :‬הסיבים של הקולאגן מאוד ארוכים‪ ,‬אפילו יותר מהתא עצמו; ההרכבה של סיבי הקולאגן‬ ‫היא ספונטנית ולכן מתרחשת מחוץ לתאים‪ ,‬אבל בשל גודלם צריך למנוע את החיבור שלהם בתוך‬ ‫התאים‪.‬‬ ‫לפיכך הפיברובלאסטים מפרישים חומר המכונה ‪ procollagen‬שהוא טרימר המכיל פפטידים נוספים‬ ‫בקצוותיו שמונעים הרכבה ספונטנית של הטרימרים לפיברילות וסיבים של קולאגן‪ .‬באופן כזה נמנעת‬ ‫הרכבת הסיבים בתוך התאים‪ .‬מחוץ לתאים הקולאגן מגיע לאנזים הקולאגנאז אשר מבקע את החלבונים‬ ‫בקצותיו של הטרימר וכעת מתאפשרת ההרכבה של הפיברילות והסיבים כאשר הקולאגנים נמצאים‬ ‫מחוץ לתאים‪.‬‬ ‫המטריקס החוץ תאי ‪ -‬פרוטאוגליקאנים‬ ‫הפרוטאוגליקאנים הם האיזורים הלבנים המופיעים‬ ‫בחתך – לא רואים אותם לעומת הסיבים העבים של‬ ‫הקולאגן‪ ,‬כי הם חומר מפוזר ונוזלי יותר‪ .‬יחד עם‬ ‫הקולאגן הם מהווים את ה‪ .ECM-‬בעמוד הבא ניתן לראות אילוסטרציה של הפרוטאוגליקאנים‪ .‬הם‬ ‫נראים מעט כמו נברשת‪ ,‬בעלי ציר מרכזי ושלוחות מנוצות של חלבונים וסוכרים‪.‬‬ ‫‪ 50‬מעט בדומה למבנה של ה‪.intermediate filaments-‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫ביולוגיה של התא ‪ -‬הרצאות‪1‬‬ ‫‪252‬‬ ‫הפרוטאוגליקאנים הם קומפלקסים ארוכים‪ .‬הם מזכירים את שמם של הגליקופרוטאינים‪ ,‬אולם‬ ‫גליקופרוטאינים הם בעלי קשר קוולנטי בין סוכר לחלבון והפרוטאוגליקאן הוא קומפלקס חלבוני‪-‬סוכרי‬ ‫– ללא קשרים קוולנטים‪.‬‬ ‫הפרוטאוגליקאן מורכב משלושה גורמים מרכזיים‪:‬‬ ‫•‬ ‫פוליסאכאריד – רב‪-‬סוכר‪ .‬מהווה את השרשרת המרכזית‪ ,‬בכחול‪ .‬מכונה ‪.hyaluronan‬‬ ‫•‬ ‫גליקופרוטאינים הקשורים באופן לא קוולנטי לפוליסאכאריד )מופיע בירוק ואדום(‪.‬‬ ‫•‬ ‫חלבוני התאמה )‪ (link proteins‬שמקשרים בין הפוליסאכאריד לגליקופרוטאינים )מופיעים‬ ‫בשחור(‪.‬‬ ‫הגליקופרוטאינים של הפרוטאוגליקאן הם מיוחדים כי הם אינם מכילים שרשרות קצרות של סוכרים אלא‬ ‫כל שרשרת המופיעה באדום היא שרשרת של פוליסאכאריד הקשורה באופן קוולנטי לחלבון הירוק‪ .‬כל‬ ‫הפוליסאכארידים האלה‪ ,‬כולל ה‪ ,hyaluronan-‬הם כולם מאותה המשפחה – ‪glycosaminnoglucans‬‬ ‫)‪) (GAG‬גליקאנים בעלי סוכרים שיש להם קבוצות אמינו כמו הגלוק‪-‬נאק(‪.‬‬ ‫מבחינת‬ ‫המבנה‬ ‫של‬ ‫הגליקוסאמינוגליקאנים‬ ‫)‪ ,(GAG‬יש לנו גלוק‪-‬נאק וגם סוכר שהוא חומצה –‬ ‫שמכיל קבוצה של ‪ – COOH‬והוא מכונה חומצה‬ ‫גלוקורונית‪ .‬הסוכר הזה דומה יחסית לגלוקוז‪ ,‬אלא‬ ‫שיש לו גם קרבוקסיל בפחמן ‪.6‬‬ ‫המבנה הזה מורכב מיחידות חוזרות רבות של גלוק‬ ‫נאק–חומצה גלוקורונית‪ .‬בסופו של דבר הם יוצרים פוליסאכאריד ארוך ובעל מטען‪ .‬הפוליסאכאריד‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫שיעור ‪ :23‬צמתים בין תאים‬ ‫‪253‬‬ ‫טעון במטען שלילי תודות לקרבוקסיל‪ .‬האמינו לא נותן מטען תודות לאצטיל‪ .‬בתור פוליסאכאריד‬ ‫שמכיל הרבה קבוצות של ‪ ,OH‬הפוליסאכאריד מסיס מאוד‪ ,‬סופח מים ויוצר קשרי מימן‪ .‬מעצם‬ ‫עובדה זו אנחנו מקבלים חומר ‪ ECM‬שהוא דמוי‪-‬ג'לי‪ ,‬כי הוא מלא מים הספוגים בפרוטאוגליקאנים‪.‬‬ ‫יש לשים לב שה‪ GAG-‬האדומים הם מעט שונים מה‪ GAG-‬הכחול‪ ,‬לפעמים יש להם סוכרים מעט שונים‪,‬‬ ‫אבל כולם בעלי מבנה דומה ולכן מאותה משפחה של ‪.GAG‬‬ ‫המטריקס החוץ‪-‬תאי מכתיב את אופי הרקמה‬ ‫אמרנו שהפפטידוגליקאנים סופגים מים ויוצרים מטריקס נוזלי; אבל יש גם סיבי קולאגן קשיחים מאוד‪.‬‬ ‫היחס בין כמות הקולאגן לכמות הפרוטאוגליקאנים תקבע את אופייה של רקמת החיבור – סחוס למשל‬ ‫יכיל יחס שווה יחסית של סיבי קולאגן ופרוטאוגליקאנים‪ ,‬לעומת העצם שתכיל הרבה מאוד קולאגן‪.‬‬ ‫הנוזל בתוך העין הוא גם רקמת חיבור אבל מאוד נוזלית‪ ,‬ולכן מכילה מעט מאוד קולאגן והרבה‬ ‫פרוטאוגליקאנים‪.‬‬ ‫קישור התאים לחומר החוץ תאים‬ ‫הפיברובלאסטים צריכים להיות קשורים למשהו‪,‬‬ ‫מעוגנים לגורם יציב בסביבתם; גם רקמת האפיתל‬ ‫שקשורה ללאמינה הבאזאלית‪ ,‬צריכה להתעגן למשהו‬ ‫במטריקס או ברקמת החיבור שיהווה לה בסיס‪.‬‬ ‫בתוך התאים יש סיבים של אקטין‪ .‬ראינו במקרים רבים‬ ‫שהאקטין יכול להיקשר לחלבון טרנס‪-‬ממברנלי בשם‬ ‫אינטגרין‪ ,‬דרך חלבון אדאפטור )התאמה(‪ .‬מצידו השני‬ ‫של החלבון הממברנלי אינטגרין יש חומר חוץ תאי‪.‬‬ ‫האינטגרין נקשר לסיבי הקולאגן בחומר החוץ תאי‪ ,‬דרך‬ ‫חלבון התאמה נוסף המכונה ‪.fibronectin‬‬ ‫במבט מקרוב על פיברונקטין )משמאל( אנחנו רואים‬ ‫שהוא עשוי דימר שבו המונומרים קשורים בקשרי ‪.SS‬‬ ‫יש לדימר אתרי קישור לקולאגן וגם לתא – כי‬ ‫הפיברונקטין הוא חלבון ממברנלי‬ ‫של התא‪ .‬בתמונה התחתונה באפור‬ ‫רואים מיקרוסקופיה אלקטרונית‬ ‫של פיברונקטין‪.‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫‪254‬‬ ‫ביולוגיה של התא ‪ -‬הרצאות‪1‬‬ ‫צמתים בין תאים‬ ‫הקישור בין התאים לחומר החוץ תאי הוא חלק ממשפחת הצמתים הבין‪-‬תאיים‪ ,‬שכוללים גם צמתים בין‬ ‫תא לחומר חוץ תאי‪ ,‬אך לא מוגבלים לכך‪ .‬הצמתים מתחלקים לשלוש קבוצות עיקריות‪ :‬צמתי אטימה‪,‬‬ ‫צמתי עגינה וצמתי תקשורת‪.‬‬ ‫צמתי אטימה – ‪Occluding Junctions‬‬ ‫משםחה זו מורכבת מסוג אחד בלבד – ‪ .Tight Junctions‬צמתים אלו נמצאים למשל בתאי האפיתל‪,‬‬ ‫בצד האפיקלי‪ ,‬והם יוצרים חסימה המונעת מעבר של מולקולות מהצד האפיקלי של האפיתל לצד הבאזו‪-‬‬ ‫לאטרלי‪ .‬אטימה זו מאפשרת סלקציה בין מה שנכנס למה שיוצא – למשל במעיים אנחנו רוצים להפריד‬ ‫בין חומרי המזון לפתוגנים שנכנסים במעי הלא‪-‬סטרילי ולמנוע כניסתם לרקמות הסטריליות של הגוף‪.‬‬ ‫בניסוי הבא אנחנו יכולים לראות הכנסה של דיו כמולקולת סמן מהצד האפיקלי של המעי‪ ,‬ומסתכלים על‬ ‫הרווח בין התאים בצד הבאזולאטרלי ורואים שהדיו לא נכנס אליו כלל – כלומר האטימה של הצמתים יעילה‬ ‫מאוד‪.‬‬ ‫החומרים שכן יצליחו לעבור את הצומת יהיו חומרים שיכולים לחדור את הממברנה באופן פאסיבי – גזים‬ ‫ומולקולות קטנות ולא פולאריות שיכולים להיכנס דרך הממברנה ההידרופובית‪ .‬חומרים אחרים יכולים‬ ‫להיכנס דרך תעלות ממברנליות ייעודיות מהצד האפיקלי‪.51‬‬ ‫‪ 51‬תפקיד נוסף‪ :‬הצמתים גם מאפשרים שמירה על הקוטביות של התא – שומרים מפני התערבבות החלבונים הממברנליים‬ ‫האפיקליים עם החלבונים הבאזו‪-‬לאטרלים‪.‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫שיעור ‪ :23‬צמתים בין תאים‬ ‫‪255‬‬ ‫באיור הבא ניתן לראות כיצד למעשה‬ ‫הצמתים נוצרות‪ :‬זהו אינו איחוי של‬ ‫הממברנות אלא למעשה "חגורות" של‬ ‫חלבונים ממברנליים הנוצרות סביב‬ ‫כל תא והיוצרות צמתי אטימה עם‬ ‫חגורת החלבונים של התא השכן‪ .‬בכל‬ ‫צומת יש חלבון ממברנלי של תא אחד‬ ‫וחלבון ממברנלי של תא שני‪ ,‬והקשר‬ ‫בין שני החלבונים הוא קשר באפיניות‬ ‫גבוהה וצמוד מאוד‪ .‬החלבון הממברנה‬ ‫המעורב הוא קלאודין )‪.(Claudin‬‬ ‫צמתי עגינה‪ /‬היצמדות – ‪Anchoring/ Adhesion Junctions‬‬ ‫צמתים אלו משמשים ליצירת אדהזיה – הדבקה בין תאים‪ .‬יש שני סוגים‪:‬‬ ‫•‬ ‫אדהזיה בין תאים‬ ‫•‬ ‫אדהזיה בין תא לחומר חוץ תאי‪ ,‬סוג צומת שכינינו בשיעור שעבר ‪ Focal contact‬הנוצר על מנת‬ ‫לסייע בתנועת התא‪.‬‬ ‫הצמתים יכולות להיות מושתתות על שניים מהגורמים של השלד התאי‪ :‬סיבי האקטין או סיבי ה‪-‬‬ ‫‪ .Intermediate filaments‬כל אחד מסוג הסיבים יכול ליצור כל אחד מסוגי האדהזיות‪.‬‬ ‫צמתי אדהזיה בין תאים )אקטין(‬ ‫בצומת אטימה אנחנו ראינו רק מה שבונה את‬ ‫הצומת עצמו בממברנה; אבל בצמתי אדהזיה‬ ‫יש חשיבות גם לחלבונים שבונים את הצומת‬ ‫וגם למבנה התוך‪-‬תאי המעורב‪ ,‬שהוא השלד‬ ‫התא מבפנים )נדגים תחילה מסיבי האקטין(‪.‬‬ ‫תאים בשכבה דו‪-‬מימדית יוצרים חגורת‬ ‫אדהזיה של חלבוני אקטין )כמופיע באיור(‪.‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫ביולוגיה של התא ‪ -‬הרצאות‪1‬‬ ‫‪256‬‬ ‫במבט מקרוב ניתן לראות שחלבון ממברנלי של תא אחד נקשר‬ ‫לחלבון ממברנלי של תא אחד; בצד התוך‪-‬תאי של הרצפטור הוא‬ ‫קשור לסיבי אקטין דרך חלבון התאמה‪ .‬קיימים קומפלקסים‬ ‫רבים של חלבונים טרנס‪-‬ממברנליים כאלה‪ ,‬שמגיעים מכל תא‪.‬‬ ‫החלבון הטראנס‪-‬ממברנלי הזה מכונה קדהרין )‪.(Cadherin‬‬ ‫כל צומת אדהזיה קשורה לאקטין ולכן יש ריכוז גבוה של סיבי‬ ‫אקטין באיזור צומת האדהזיה‪ .‬בסרטון ניתן לראות שמגע בין תאים‬ ‫מפוזרים גורם לריכוז הקדהרין באיזור המפגש‪ ,‬שעד אז הוא מפוזר‬ ‫סביב‪ ,‬וכך נוצרים ריכוזי קדהרין היוצרות צמתי היצמדות‪.‬‬ ‫צמתי האדהזיה נקשרים לאקטין; אנו יודעים כבר שהאקטין בעל‬ ‫תפקיד בתנועה תאית ומכאן נגזר גם תפקיד הצמתים‪ :‬תיאום‬ ‫תנועה בין תאים אחרים‪ .‬כאשר מתקבל אות לתנועה‪ ,‬צומת‬ ‫האדהזיה מביאה לכיווץ של סיבי האקטין בתא הראשון שנע‪,‬‬ ‫וכך התא הבא אחריו נגרר ונע יחד איתו‪.‬‬ ‫יש להם גם תפקיד חשוב בהתפתחות העוברית‪ :‬בעובר המתפתח אפשר לראות שכבה של תאי אפיתל עם‬ ‫ריכוז אקטין בצד האפיקלי עקב צמתי אדהזיה )באיור למטה(‪ .‬בשלב כלשהו מגיע סיגנל להתכווצות של‬ ‫אחד התאים במרכז‪ ,‬הצמתים גורמים לתיאום עם התאים האחרים ויש רשת שלמה של תאים שמתכווצים‬ ‫בצידם האפיקלים‪ .‬כתוצאה מכך‬ ‫אנחנו יכולים לקבל שקיעה ואפילו‬ ‫ניתוק מוחלט של תאי האפיתל‬ ‫מהרקמה – זה נראה כמו הנצה של‬ ‫וזיקולה אבל בפועל זה הופעה של‬ ‫איברים כדוריים וצינוריים )כמו כלי‬ ‫דם או מערכת העיכול(‪ .‬איברי‬ ‫העובר נוצרים על ידי התכווצות‬ ‫המתואמת על ידי צמתי אדהזיה‪.‬‬ ‫באיור הבא ניתן לראות חתכים‬ ‫במיקרוסקופיה‬ ‫אלקטרונית‬ ‫של‬ ‫היווצרות צינור העצבים )משמאל(‬ ‫והיווצרות העין )מצד ימין(‪.‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫שיעור ‪ :23‬צמתים בין תאים‬ ‫‪257‬‬ ‫צמתי אדהזיה למטריקס )אקטין(‬ ‫הסוג השני של צמתי אדהזיה‪ ,‬כמו שציינו‪ ,‬הם צמתים‬ ‫המחברים את התא לחומר החוץ תאי‪ .‬הללו הם בדיוק‬ ‫מה שראינו קודם בתור המנגנון להתחברות לחומר‬ ‫החוץ תאי של הפיברובלאסטים‪ :‬חלבוני האינטגרין‬ ‫מתחברים לפיברונקטין אשר תופס סיבים ומקבע את‬ ‫מקום התא‪.‬‬ ‫בסרטון ניתן לראות תא שריר לב מתכווץ על גבי מצע‬ ‫לטקס‬ ‫ניתן לראות שבין תאים באיבר יש סינכרון של ההתכווצויות הספונטניות‪ ,‬על ידי צמתי אדהזיה; כמו כן ניתן‬ ‫לראות כיצד התא הבודד יוצר נקודות קישור למשטח ומשום כך ניתן להבחין בהתכווצויות על פני המשטח‪.‬‬ ‫צמתי אדהזיה בין תאים )פילמנטים(‬ ‫הסוג השני של צמתי אדהזיה דומים למדי למה שראינו עד כה‪,‬‬ ‫אולם כעת במקום מעורבות של אקטין יש מעורבות של‬ ‫‪ .intermediate filaments‬הצמתים יכולים גם הם להיות משני‬ ‫סוגים‪ :‬בין שני תאים שכנים ובין תאים ל‪.ECM-‬‬ ‫צמתים בין שני תאים מכונים דזמוזומים‪ .‬כמו שראינו בתמונה‬ ‫מהשיעור השעבר‪ ,‬נראה כאילו הפילמנטים חוצים בין התאים‬ ‫אולם למעשה הם מגיעים עד לצמתים והצמתים יוצרים חיבור בין‬ ‫התאים‪ .‬הצומת הזה מכונה דזמוזום )‪.(Desmosome‬‬ ‫הדזמוזום הוא צומת שנוצר על ידי חלבון ממברנלי‬ ‫ממשפחת הקדהרינים שנשלח על ידי שני התאים‬ ‫והם נקשרים ביניהם באיזור החוץ‪-‬תאי‪ .‬בחלקו‬ ‫הפנימי‪ ,‬החלבון הממברנלי נקשר לחלבון התאמה‬ ‫)‪ (anchor protein‬שקושר סיבי שלד תאי של‬ ‫פילמנטים אינטרמדיאטים )בדוגמה הזו אלו סיבי‬ ‫קראטין מתאי אפיתל(‪.‬‬ ‫בתמונה הימנית רואים מיקרו‪-‬‬ ‫סקופיה אלקטרונית של חתך‬ ‫באיזור הקישור בין התאים –‬ ‫ניתן לראות רשת צפופה של‬ ‫פילמנטים‬ ‫בתוך‬ ‫כל‬ ‫תא‬ ‫המעורב בזדמוזום‪.‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫ביולוגיה של התא ‪ -‬הרצאות‪1‬‬ ‫‪258‬‬ ‫התפקיד של צומת האדהזיה עם האקטין הוא תיאום תנועה; התפקיד של הצמתים עם האינטרמדיאטים‬ ‫הוא חיזוק הממברנה – כמו תפקידם בתא‪ .‬אלא שכאן הם לא מחזקים ממברנה של תא בודד אלא‬ ‫מחזקים את המבנה של הרקמה הכוללת‪ ,‬תודות לקשרים החזקים שקיימים בין הצמתים‪ .‬למשל העור‬ ‫שמכיל קראטין רב הוא קשה לחדירה – תודות לחיזוק המבנה שנוצר על ידי צמתי האדהזיה‪.‬‬ ‫הסוג הנוסף של צמתים מקשרות בין התאים לחומר החוץ תאי‪ .‬חלבון התאמה קושר את הפילמנטים‬ ‫האינטרמדיאטים לחלבון ממברנלי – אינטגרין‪ .‬המבנה הזה מכונה המי‪-‬דזמוזום )‪(hemidesmosome‬‬ ‫כי הוא נראה כמו מחצית‪-‬דזמוזום‪ ,‬כי‬ ‫אין לו את החלק השני של התא השני‬ ‫)יש שם חומר חוץ תאי(‪ .‬האינטגרין‬ ‫נקשר לסיבי הקולאגן שבחומר‬ ‫החוץ‪-‬תאי‪ ,‬ספציפית זה שנמצא‬ ‫בבאזאל לאמינה‪ ,‬שנמצאת מתחת‬ ‫לתאי האפיתל‪.‬‬ ‫צמתי תקשורת –‪Communication Junctions‬‬ ‫צמתי תקשורת מאפשרים להוליך חומרים בין תאים ועל ידי כך להחליף חומרים ולשלוח אותות‪ .‬ישנם‬ ‫שלושה סוגים של צמתי תקשורת שונים‪:‬‬ ‫•‬ ‫‪.Gap Junctions‬‬ ‫•‬ ‫‪ – Plasmodesmata‬בתאים צמחיים‪.‬‬ ‫•‬ ‫‪ – Synapse‬בתאי עצב לתאי עצב אחרים או תאי שריר וכדומה‪.‬‬ ‫צמתי התקשורת שנתמקד בהם הם ה‪Gap -‬‬ ‫‪ .Junction‬באיזור הצומת אנחנו יכולים‬ ‫להבחין בתעלות בעלות מיקום מתואם בין‬ ‫שני התאים המקיימים את הצומת‪ .‬כתוצאה‬ ‫מהתיאום נוצרת תעלה ארוכה בין התאים‬ ‫שחוצה את הממברנות של שני התאים – זה‬ ‫נראה כמו מולקולה אחת שעוברת בין‬ ‫התאים אולם למעשה אלו שתי תעלות‬ ‫נפרדות שנפגשות יחד‪.‬‬ ‫החלבונים של התעלה הם קונקסינים‬ ‫)‪ (Connexin‬כאשר שישה קונקסינים מרכיבים תעלה המכונה קונקסון )‪ .(Connexon‬התעלות האלו‬ ‫מיוחדות‪ ,‬שכן אם עד כה עסקנו בתעלות ספציפיות לחומרים מסויימים‪ ,‬התעלות של הצומת הן תעלות לא‬ ‫ספציפיות יחסית‪ ,‬המעבירות חומרים כל עוד הם קטנים דיים להיכנס לקוטר התעלה – ‪ 1.5‬ננומטר‪,‬‬ ‫והיא מעבירה חומרים במשקל של עד ‪ 1000‬דלתון )שימו לב‪ ,‬דלתון ‪ = 1‬משקל של מימן(‪.‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫שיעור ‪ :23‬צמתים בין תאים‬ ‫‪259‬‬ ‫משקל זה הוא קטן יחסית ולכן לרוב אינו מאפשר מעבר של חלבונים; פפטידים קצרים אולי יכולים‬ ‫לעבור‪ ,‬בתלות בכמות חומצות האמינו שהוא מכיל‪ .‬גם פוליסאכארידים לא יעברו‪ ,‬ולא חומצות הגרעין;‬ ‫אוליגוסאכארידים אולי יעברו‪ .‬אולם חומצות אמינו‪ ,‬מונוסאכארידים‪ ,‬נוקליאוטידים ו‪ ATP-‬יכולים‬ ‫לעבור בקלות – כך למשל תא עם הרבה אנרגיה יכול להעביר ‪ ATP‬לתא הסמוך‪.‬‬ ‫אם למשל מגיע מזון באפיתל המעיים‪ ,‬הוא גורם לסיגנל שמביא לפתיחה של תעלות נתרן המאפשרות‬ ‫הכנסה הנתרן‪ .‬הנתרן שנכנס לתא יכול להיכנס לתא השכן דרך הצומת‪ .‬הוא יכול לגרום בו לתהליכים של‬ ‫דה‪-‬פולאריזציה וסיגנלים‪ .‬תא שמקבל אות סיגנל יכול להעביר אותו מהצומת לתאים שכנים‪ .‬אם‬ ‫הסיגנל גורם להתכווצות של התא‪ ,‬הוא יכול לאותת לתאים אחרים להתכווץ אקטיבית וכך נוצר תיאום‬ ‫סיגנלי של ההתכווצות‪ ,‬נוסף על תיאום התנועה הפאסיבית שנוצרת מצמתי האדהזיה של האקטין‪.‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫צמתי ה‪ gap-‬נמצאים בין התאים באיזורים מסויימים; אפיתל המעי מכילים יותר צמתים מאשר‬ ‫אחרים כי הם זקוקים ליותר תיאום מטאבולי‪.‬‬ ‫הצמתים נמצאים רק בין התאים ולא למשל כלפי החלל – על מנת למנוע כניסה חופשית של‬ ‫חומרים מהלומן אל התא‪.‬‬ ‫סיכום‬ ‫•‬ ‫צמתי אטימה בין תאים שכנים לא‬ ‫נותנים לחומרים לעבור ברווח בין‬ ‫התאים מצד אחד של הרקמה לצד‬ ‫אחר‪ .‬לחלבון המעורב קוראים‬ ‫קלאודין‪.‬‬ ‫•‬ ‫צמתי אדהזיה בין תאים בנויים‬ ‫מחלבון ממברנלי בשם קדהרין‪ .‬הם‬ ‫מתחלקים לשני סוגים‪ :‬האחד‬ ‫קושר סייב אקטין והשני קושר‬ ‫סיבי אינטרמדיאטים‪ .‬כל סוג‬ ‫מתחלק לשניים‪ :‬קושרים בין תאים‬ ‫וקושרים בין תא ל‪ .ECM-‬לפיכך‬ ‫גם החלבונים הקושרים את התא‬ ‫למצע מתחלקים לשניים‪ :‬המידזמוזומים )אינטרמדיאטים( ואדהזיות פוקאליות )אקטינים(‪ .‬הקישור‬ ‫הזה נעשה על ידי החלבון אינטגרין‪ .‬קשירה בין תאים נעשית על ידי צמתי אדהזיה או דזמוזומים‪,‬‬ ‫דרך חלבוני קדהרין‪.‬‬ ‫•‬ ‫צמתי תקשורת )‪ – (communication/gap‬מעבירים חומרים בין תאים‪.‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫‪260‬‬ ‫ביולוגיה של התא ‪ -‬הרצאות‪1‬‬ ‫‪03.06.2010‬‬ ‫שיעור ‪ :24‬בקרת על ביטוי גנים‬ ‫המבחן מורכב מ‪ 60-‬שאלות אמריקאיות‪ ,‬בחלקן יופיעו ציורים‪ .‬השאלות שונות מתרגילי הבחינה העצמית‪,‬‬ ‫הן מורכבות יותר כי הן אינטגרטיביות בחלקן‪ .‬הן אותה רמה אבל צריך לדעת יותר מהחומר כדי לענות על‬ ‫שאלה אחת – מסיחים מתחומים שונים‪ .‬באתר הקורס מופיע מבחן אמיתי עם ‪ 60‬שאלות כפי שניתן בקורס‪.‬‬ ‫המטלה האחרונה היא שאלות מתוך המבחן הזה‪.‬‬ ‫בקרה על ביטוי‬ ‫התאים מגיבים לסביבה שלהם כל הזמן‪ ,‬כי הם צריכים למלא תפקידים מסויימים ולשם כך הם זקוקים‬ ‫לכמות ספציפית של חלבונים ספציפיים בעלי תפקידים‪ ,‬שהם תוצרי גנים‪ .‬הגנים צריכים להתבטא על מנת‬ ‫לקיים את האנזימים‪ ,‬אבל ביטוי זה צריך להשתנות על מנת להגיב לשינויים של הסביבה – בין אם‬ ‫בתגובה מהירה או איטית‪.‬‬ ‫התא תמיד מגיב לסביבה ולכן מחזיק רפרטואר דינמי של חלבונים פעילים‪.‬‬ ‫באיור מופיעה דוגמה למצבים בהם חלבון פעיל או לא פעיל בתגובה לסיגנלים מהסביבה‪.‬‬ ‫הדוגמה המוכרת לנו היא חלבון מזורחן או לא מזורחן )‪ ,(C‬שהמעבר בין המצבים הללו מפעיל או מנטרל‬ ‫את הפעילות של החלבון – המודיפיקציה על החלבון משנה את מצב פעילותו ואופייה‪.‬‬ ‫ישנם מצבים שבהם האתר הפעיל יכול להיות ממוסך על ידי חלבון אחר )‪ ;(E‬כאשר משפעלים את‬ ‫החלבון הממסך הוא מתנתק וחושף את האתר הפעיל‪ .‬יש גם מצבים שבמנגנון זה פועלת יוביקוויטינציה‬ ‫וכדומה‪ .‬האתר הפעיל יכול להיות גם אתר ‪ – NLS‬אתר כניסה לגרעין – וכל עוד הוא ממוסך החלבון אינו‬ ‫יכול להיכנס לגרעין )‪.(F‬‬ ‫שימו לב‪ :‬כל הבקרות האלה הן בקרות ברמת החלבון לאחר שהחלבון כבר קיים‪.‬‬ ‫יכול להיות גם מצב של קישור לתת‪-‬יחידה הקושרת ‪ (E) DNA‬והיא המאפשרת לפקטור שיעתוק‬ ‫להתחבר ל‪ DNA-‬כאשר היא מתחברת אליו‪ ,‬ויכול להיות גם מצב שינוי קונפורמציה )‪ (B‬עקב קשירה‬ ‫של ליגנד )כמו שקורה ברצפטורים‪ ,‬למשל(‪ .‬שימו לב שהליגנד יכול גם לכבות את האנזים‪ ,‬והליגנד אינו‬ ‫חייב להיות חלבון בפני עצמו‪.‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫שיעור ‪ :24‬בקרת על ביטוי גנים‬ ‫‪261‬‬ ‫הסינטזה של כל החלבונים האלה מאוד יקרה לתא‪ ,‬שכן ישנה מערכת שלמה של תהליכים – שיעתוק‪,‬‬ ‫תרגום‪ ,‬בקרה – על מנת ליצור את החלבון‪ .‬במצבים שדורשים תגובה מהירה זה הכרחי‪ ,‬כדי שהתא יוכל‬ ‫רק לבצע שיפעול מהיר ולקבל את התגובה הרצויה; אבל אם התא יכול להרשות לעצמו שהתגובה‬ ‫המבוקשת תהיה איטית‪ ,‬ניתן לבקר את החלבון ברמה הגנטית )‪ – (A‬החלבון פעיל באשר הוא נמצא אבל‬ ‫הביטוי מופעל או מושתק ברמת‬ ‫השיעתוק של הגן‪ .‬לפעמים זה‬ ‫נדרש במהירות בינונית ואז‬ ‫הבקרה היא ברמת התרגום ולא‬ ‫בשיעתוק‪.‬‬ ‫האיור משמאל מראה‬ ‫איך‬ ‫העברת אותות יכולה לגרום‬ ‫לשינוי בביטוי של החלבונים‬ ‫ושל הגנים‪ ,‬במסלול האיטי‬ ‫ובמסלול המהיר‪.‬‬ ‫גילוי הבקרה ברמת השיעתוק‬ ‫על גילוי זה זכו בנובל שלושה חוקרים‪ ,‬ז'אקו‪ ,‬לוף‬ ‫ומונו‪ .‬הם גילו שבתגובה לצרכי סביבה יש הפעלה או‬ ‫השתקה של גנים – גנים לעיתים משועתקים ולעיתים‬ ‫לא‪ ,‬על פי בקרה ועל ידי רגולטורים‪.‬‬ ‫הרגולטורים הם חלבונים שאחראים על בקרת‬ ‫הביטוי‪ .‬הקונספט הזה היה מיזם והוכחה של החוקרים‪.‬‬ ‫קיים מעין "מתג גנטי" )‪ (Genetic Switch‬המאפשר הפעלת או ניטרול הביטוי של גנים‪.‬‬ ‫בקרה חיובית ובקרה שלילית‬ ‫•‬ ‫בקרה חיובית –הרגולטור הוא אקטיבטור – הוא מפעיל את התהליך וגורם לו לקרות‪ .‬בתור בקר‬ ‫הוא יכול להיות פעיל או לא פעיל‪ .‬אקטיבטור פעיל מפעיל תהליך‪ ,‬אקטיבטור מנוטרל לא מפעיל‪.‬‬ ‫•‬ ‫בקרה שלילית – הרגולטור הוא רפרסור‪ ,‬אשר מונע את השיעתוק או התרגום וגם הוא יכול להיות‬ ‫פעיל או לא פעיל‪ .‬רפרסור פעיל מונע ביטוי‪ ,‬רפרסור לא פעיל לא מונע ביטוי‪.‬‬ ‫הצורך בשתי הפעולות מתבטא כמוטנטים‪ :‬כאשר יש מוטציה של אובדן פעילות באקטיבטור‪ ,‬התהליך נמנע‬ ‫לחלוטין; לעומת זאת מוטציה של אובדן פעילות ברפרסור גורמת לביטוי קונסטיטוטיבי‪ .‬ההבדל הזה נראה‬ ‫כניואנס עדין אבל הוא משמעותי מספיק כדי שהאבולוציה תהיא להתפתחותו‪.‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫ביולוגיה של התא ‪ -‬הרצאות‪1‬‬ ‫‪262‬‬ ‫הדגמה‬ ‫בדוגמה הבאה יש לנו גן שמקודד לאנזים אשר הופך את‬ ‫הסובסטרט ‪ A‬לחומר ‪ .B‬החומר ‪ A‬אינו תמיד נמצא בתא‪ ,‬ולכן‬ ‫תפקידו של החלבון נדרש רק כאשר ‪ A‬נמצא‪ .‬אין צורך באנזים‬ ‫כאשר יש הרבה מחומר ‪ .B‬לפיכך‪ ,‬שני החומרים יכולים להוות‬ ‫ליגנדים‪ .‬נדגים כיצד כל ליגנד עושה בקרה חיובית ובקרה‬ ‫שלילית על שיעתוק האנזים‪:‬‬ ‫•‬ ‫בקרה על ידי חומר ‪ – A‬חומר ‪ A‬יכול להיות ליגנד שמפעיל‬ ‫אקטיבטור‪ .‬כאשר האקטיבטור מזהה את קיומו של ‪ A‬הוא‬ ‫מפעיל ביטוי של האנזים‪ .‬כמו כן קיומו של ‪ A‬יכול לנטרל‬ ‫רפרסור שפעיל על גבי הגן ומונע ביטוי‪ ,‬ועל ידי קיום ‪A‬‬ ‫נמנעת הרפרסיה‪.‬‬ ‫•‬ ‫בקרה על ידי חומר ‪ – B‬חומר ‪ B‬יכול להיות ליגנד של‬ ‫הרפרסור שקושר אותו כאשר הוא בריכוז גבוה; כמו כן הוא‬ ‫יכול להיות ליגנד של האקטיבטור שמנטרל את פעילותו‬ ‫כאשר הוא בעודף וכך מונע המשך יצירה של האנזים‪.‬‬ ‫בקרת השיעתוק מורכבת או מאקטיבטור שכאשר הוא נמצא‬ ‫יכול להיות משופעל על ידי ליגנד או משותק על ידי ליגנד‪.‬‬ ‫באותה המידה יכול להיות רפרסור עם ליגנד או בלי ליגנד‪.‬‬ ‫בצורה זו יש בקרה עם משוב חיובי או שלילי‪.‬‬ ‫פרוקריוטים – אופרונים‬ ‫בפרוקריוטים יש ‪ mRNA‬פוליציסטרוני‪ ,‬כמו שציינו בישעור השיעתוק; ציסטרון הוא כינוי אחר לגן ועל‬ ‫כן הוא מקטע שמתחיל ב‪ AUG-‬ונגמר בקודון סטופ‪ .‬ב‪ mRNA-‬שהוא פוליציסטרוני יש פרומוטור אחד‬ ‫אבל לכל ציסטרון יש אתר קישור לריבוזום במעלה‪-‬הזרם לציסטרון‪.‬‬ ‫זה יכול לקרות רק בפרוקריוטים; לאאוקריוטים אין אפשרות שהריבוזום יזהה אתר קשירה שהוא באמצע ה‪-‬‬ ‫‪ .mRNA‬הצורך באתרי הקשירה נולד מהצורך בכך שהריבוזום לא ייפול מהגדיל כשהוא מגיע לאתר סטופ‪.‬‬ ‫הפוליציסטרון מכיל למעשה הרבה גנים שמקודדים לאנזימים רבים שנמצאים לרוב על אותו מסלול ביו‪-‬‬ ‫כימי‪ ,‬כך שהם מעבירים סובסטרט אחד לשני על מנת להביא אותו לתוצר סופי כלשהו‪ ,‬בו התא יכול‬ ‫להשתמש‪ .‬מכיוון שבתהליכים כאלה כל האנזימים במסלול נדרשים יחד‪ ,‬הם מופעלים על ידי פרומוטור‬ ‫יחיד – אם צריך את המסלול‪ ,‬צריך את כולם‪ ,‬ואם אין צורך במסלול לא צריך אף אחד מהם‪.‬‬ ‫ה‪ mRNA-‬הפוליציסטרוני הזה מכונה אופרון‪ .‬על גבי הפרומוטור של האופרון יש אתר שמכונה‬ ‫אופרטור שאליו נקשרים חלבונים רגולטורים – רפרסור או אקטיבטור‪ .‬בעמוד הבא מופיעה‬ ‫אילוסטרציה המדגימה את תכולת האופרון‪.‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫שיעור ‪ :24‬בקרת על ביטוי גנים‬ ‫‪263‬‬ ‫הדוגמה הבאה היא של אופרון הטריפטופן‪ .‬הטריפטופן בחיידקים נוצר על ידי החיידק במסלול בו פעילים‬ ‫חמישה אנזימים הנמצאים על אותו אופרון‪ .‬הבקרה על יחידת השיעתוק היא בקרה שלילית – כלומר יש‬ ‫לנו רפרסור‪ .‬הרפרסור פעיל בנוכחות ליגנד‪ .‬הליגנד שלו הוא טריפטופן‪ .‬כאשר יש טריפטופן בתא אין‬ ‫צורך במסלול הביוכימי; חומצת האמינו נקשרת לאיזור ספציפי של הרפרסור‪ ,‬ובקשירה זו הרפרסור‬ ‫מסוגל להיקשר לאופרטור ולמנוע למעשה קשירה של הפולימראז‪.‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫ביולוגיה של התא ‪ -‬הרצאות‪1‬‬ ‫‪264‬‬ ‫אאוקריוטים‬ ‫באאוקריוטים ה‪ mRNA-‬הוא מונוציסטרוני; אולם אין זה אומר שמסלולים ביוכימיים מתבצעים על ידי‬ ‫אנזים יחיד‪ ,‬ועדיין צריך להפעיל ביטוי של מספר גנים לצורך מסלול‪ .‬לשם כך יש מנגנון אחר‪.‬‬ ‫באאוקריוטים יש גנים עם שיעתוק חלש – הסיבה לכך היא שפקטורי השיעתוק שיושבים עליהם אינם‬ ‫יעילים בהבאת הפולימראז לשיעתוק של הגנים‪ .‬ישנו אנזים אקטיבטור שיכול להפוך אותם לפקטורי‬ ‫שיעתוק חזקים יותר‪ .‬האקטיבטור‬ ‫מופעל על ידי ליגנד הורמונלי הנמצא‬ ‫בזרם הדם‪.‬‬ ‫כאשר‬ ‫יש‬ ‫קשירה‬ ‫לאקטיבטור‪,‬‬ ‫של‬ ‫הליגנד‬ ‫האקטיבטור‬ ‫מסוגל‬ ‫להיקשר למגוון פקטורי השיעתוק של‬ ‫הגנים‬ ‫השונים‬ ‫ולהביא‬ ‫לשיעתוק‬ ‫שלהם‪.‬‬ ‫בתאים אאוקריוטים יש גם בקרה‬ ‫קומבינטורית‪ :‬יכולות להיות הרבה‬ ‫קומבינציות של פקטורי שיעתוק על‬ ‫הפרומוטור‪ ,‬דבר שיוצר מגוון רמות‬ ‫שיעתוק של הגן‪ .‬יש פרומוטורים‬ ‫חלשים‪ ,‬מעט יותר אקטיבים‪ ,‬חזקים או‬ ‫חזקים מאוד‪ .‬הכל תלוי בפקטורים – ברגולטורים – שמגיעים לאיזור הפרומוטור‪ .‬כל רגולטור יכול להיות‬ ‫אקטיבי יותר או פחות בתלות במצב הסביבה‪ ,‬האם יש מי שיפעיל אותו ויחזק אותו‪.‬‬ ‫חלוקת הגנים לקבוצות‬ ‫•‬ ‫‪ – House Keeping Genes‬מקודדים לחלבונים שצריך בכל תא‪ .‬דוגמאות‪ :‬חלבונים ריבוזומליים‪,‬‬ ‫חלבוני ממברנה מסויימים‪ ATP Syntase ,‬וכדומה‪ .‬חלבונים שיוצרים את התא‪ ,‬הם הכרחיים‬ ‫ונמצאים תמיד בתא‪ .‬הם מבוטאים‪ ,‬הם משועתקים‪ ,‬הם מתורגמים והם פעילים ברמות שונות‪.‬‬ ‫•‬ ‫‪ – Tissue Specific Genes‬גנים ספציפיים לסוג הת בהתאם לרקמה בה הוא נמצא‪ :‬כבד‪ ,‬מעי‪,‬‬ ‫עצבים וכדומה‪ .‬הגנים בעלי תפקידים מיוחדים ולכן מתבטאים בתאים ממויינים שעברו התמחות‬ ‫לתפקיד מסויים‪ .‬שימו לב שגנים אלו מבוטאים בנוסף לגנים של ה‪.House Keeping-‬‬ ‫•‬ ‫‪ – Regulatory Genes‬אקטיבטורים‪ ,‬רפרסורים ומנגנוני בקרה נוספים הם גם כן גנים שמבוטאים‬ ‫בתא‪ .‬הם יכולים להיות ‪ House Keeping‬שנמצאים בכל התאים‪ ,‬ויכולים להיות ספציפיים לכל‬ ‫רקמה‪.‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫שיעור ‪ :24‬בקרת על ביטוי גנים‬ ‫•‬ ‫‪265‬‬ ‫‪ – Master Genes‬גנים המפעילים את פקטורי השיעתוק של גנים רגולטוריים‪ .‬אין הרבה גנים מסוג‬ ‫זה‪ ,‬אולם יש מספיק מהם כך שיווצרו קומבינציות שונות ביניהם‪ ,‬שיוכלו לשלוט בהתמיינות‬ ‫ובתפקוד של כל סוגי התאים‬ ‫המוכרים לנו‪ .‬הם מקודדים גם‬ ‫לחלבוני הפרשה ויוצרים ליגנדים‬ ‫לרצפטורים של התאים השכנים‪.‬‬ ‫האיור הבא מסכם את הבקרה על‬ ‫ביטוי הגנים בתא‪ .‬ביטוי של גנים‬ ‫משמעותו שיעתוק של הגן‪ ,‬תרגומו‬ ‫ועד הפעילות של החלבון‪.‬‬ ‫התמיינות תאים‬ ‫אנחנו מבינים שתאים ממויינים הם בעלי תפקיד ספציפי; התפקיד ההזה נקבע לפי הגנים המבוטאים שהם‬ ‫‪ .tissue specific‬הביטוי הייחודי הזה גם מכתיב את מבנה התא‪ ,‬החשוב לתפקיד שלו‪.‬‬ ‫באיור הבא מובאות מספר דוגמאות של תאים מתוך אותו האורגניזם וניתן לראות שיש מבנים שונים‬ ‫רבים – כמו ה‪ Rod Cell-‬שאחראי על קליטת סיגנל האור בעין לעומת תא הפרשת החלב‪ ,‬תא האפיתל‬ ‫במעי‪ ,‬תא השומן‪ ,‬תא העצב וכדומה‪.‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫ביולוגיה של התא ‪ -‬הרצאות‪1‬‬ ‫‪266‬‬ ‫התמיינות תאים והתפתחות עוברית‬ ‫אנחנו רואים שהמבנים השונים וביטוי החלבונים השונים מאפשרים לתא לקיים את התפקיד הייחודי שלו‬ ‫בהתאם לרקמה‪ .‬אולם כיצד ההתמיינות הזו מתרחשת? וכיצד מצאו שיש ביטוי שונה של גנים? מתי‬ ‫ההתמיינות מתרחשת‪ ,‬ומי שולט בה?‬ ‫עולם ההתמיינות של התאים )‪ (differentiation‬מתרחש ברמה התאית‪ ,‬ומתחיל בעיקר בביצית המופרית‬ ‫שמתחילה ליצור עובר‪ .‬לאחר ההפרייה יש חלוקות והתמיינות ליצירת עובר שלם‪ ,‬ותחום המחקר הזה‬ ‫הוא תחום מחקר ההתפתחות העוברית – ‪ Animal Development‬החוקר את היווצרות הרקמות‪,‬‬ ‫הפקטורים השולטים‪ ,‬התאפשרות הסימטריה של הגוף וכדומה‪.‬‬ ‫הביצית היא טוטיפוטנטית‪ ,‬החלוקות מורידות ברמת הפוטנטיות‬ ‫היום יודעים שלביצית המופרית יש יכולת מלאה להתמיין לכל סוגי התאים ולכן היא תא הגזע‬ ‫האולטימטיבי‪ ,‬והיא בעלת פלוריפוטנטיות – יש לה את כל מגוון הפוטנציאלים של ההתמיינות‪ .‬זה יכול‬ ‫להיקרא גם טוטיפוטנטיות )מלשון ‪.(total‬‬ ‫כאשר הביצית רק מתחילה להתחלק‪ ,‬כל תא הוא תא גזע; בשלב מסויים מתחילה להיווצר המפה‬ ‫שמתחילה את ההתמיינות לסוגי הרקמות השונות – מתאי אב ועד תאים ממויינים מאוד כמו תאי דם‪,‬‬ ‫שריר לב או נוירונים‪ .‬ככל שמתקדמים בהתמיינות תאי הגזע והאב מאבדים את היכולת שלהם‬ ‫להתמיין לרקמות שונות‪.‬‬ ‫המקור לשונות בין תאים – דגרדציה של הגנום או ביטוי גנים שונים‬ ‫לפני ‪ 50‬שנה‪ ,‬כשחשבו על העניין‪ ,‬הגו בשתי אפשרויות‪:‬‬ ‫•‬ ‫בגרעין המופרה יש את כל הגנים וככל שההתמיינות מתקדמת הגנים הולכים ונעלמים‪ ,‬כך שבסופו‬ ‫של דבר תא מסויים מכיל רק את הגנים המתבטאים בו‪ .‬חלוקות התא גורמות לדגרדציה של גנים‬ ‫בהתאם לייעוד הרקמתי‪.‬‬ ‫•‬ ‫לתאים יש את כל הגנים‪ ,‬אבל ההתמיינות נגרמת על ידי הפעלה וניטרול של גנים – כלומר בקרה‬ ‫ברמת השיעתוק‪ .‬גנים מסויימים מתבטאים ברקמות שונות וכך נוצרת התמיינות‪.‬‬ ‫בתור ניסוי לבדיקת ההשערות ניתן לנסות לבדוק כמה גנום יש בתא ממויין לעומת הגנום של הביצית;‬ ‫אולם גם אם נראה שהכמויות שוות אנחנו לא מוכיחים שהפוטנציאל ההתפתחותי של תא ממויין הוא‬ ‫לקוי‪ .‬אנחנו רק מוכיחים שה‪ DNA-‬לא נעלם‪.‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫שיעור ‪ :24‬בקרת על ביטוי גנים‬ ‫‪267‬‬ ‫אפשר להשתמש בהוכחה פונקציונאלית‪ :‬במקום להשוות כמויות‬ ‫‪ ,DNA‬אפשר להשתיל גרעין של תא אחד בתא אחר ולבדוק מה‬ ‫ההשפעה על הפוטנטיות‪.‬‬ ‫ניסוי זה נערך על תאי ביצה של צפרדעים )כי יש להן ביציות‬ ‫גדולות מאוד(‪ .‬מקרינים את הגרעין של תא הביצית על מנת‬ ‫שישותק‪ ,‬לוקחים גרעין מתא ממויין סופי – תא אפידרמיס של‬ ‫הצפרדע – והשתילו אותו בתוך הגרעין‪ .‬התוצר היה ראשן עם כל‬ ‫הרקמות והאיברים‪.‬‬ ‫אומנם הניסוי מורכב ורוב התוצרים מתים אבל מספיק שאחד חי על‬ ‫מנת להוכיח את התיאוריה‪.‬‬ ‫ההוכחה הצביעה על כך‬ ‫שלגרעין של תא ממויין יש‬ ‫פוטנציאל התפתחותי מלא‪.‬‬ ‫הניסוי הזה פתח את הדרך‬ ‫לניסויים רבים של השתלת‬ ‫גרעינים – שזה למעשה‬ ‫שיבוט‪ :‬השתלה של תא אחד בתא ביצה יכול להוליד אורגניזם שלם‪ .‬זה למשל מה שעשו עם דולי‪,‬‬ ‫שהייתה הפעם הראשונה שעשו זאת עם ביציות של יונקים‪ ,‬שהן הרבה יותר קשות לעבודה‪ .‬אולם דולי‬ ‫מוכיחה שגם ביונקים יש פוטנציאל התפתחותי מלא‪ .‬בהמשך ניסו את זה עם עוד יונקים רבים נוספים‬ ‫)ראו רשימה(‪.‬‬ ‫אחד הדברים שעלו על הפרק הייתה השאלה הנוגעת למה קורה עם הטלומרים‪ .‬שהרי הטלומראז לא פעיל‬ ‫כל הזמן – הוא פעיל בעובר המתפתח‪ ,‬הרבה פחות בבוגר‪ ,‬ולכן בבוגרים עם כל חלוקה יש קיצור טלומרים‪,‬‬ ‫מה שמביא להזדקנות‪.‬‬ ‫השאלה הייתה מה ייצא מבחינת טלומרים בעובר שהשתילו בו גרעין עם טלומרים קצרים יותר – האם דולי‬ ‫לא תזדקן מהר יותר? דולי אכן הזדקנה מהר יותר‪ ,‬ומתה מוקדם יותר‪ ,‬וזה מוכיח שהטלומר קובע במידה‬ ‫מסויימת את מידת ההזדקנות ואת אורך החיים‪.‬‬ ‫שלב הייעוד – ‪Cell Determination‬‬ ‫המחקר הזה הוביל להבנה שלגרעין יש את כל הפוטנציאל; אולם מה שיש בתא שלם הם פקטורי שיעתוק‬ ‫ורגולציה‪ .‬תא אחד נבדל מהאחר בפקטורים האלה‪ ,‬ואם מעבירים גם ציטופלזמה בין תאים לא תמיד ניתן‬ ‫להשיג פוליפוטנטיות עם תא שיש לו פוטנציאל התפתחותי מלא‪.‬‬ ‫אולם מתי הפוטנציאל ההתפתחותי המלא מושג? ומה בדיוק קורה כשהוא מושג?‬ ‫לקחו ביצית מופרית של עכבר והניחו לה להתחלק לשני תאים‪ .‬רצו לבדוק את פוטנציאל ההתמיינות של‬ ‫התאים האלה‪ ,‬ולכן בעזרת חוט ניתקו את התאים ובדקו האם מכל תא יווצר עובר שלם ותקין‪ .‬התשובה‬ ‫הייתה כן – וישנן עדויות לכך בצורת התאומים הזהים‪.‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫ביולוגיה של התא ‪ -‬הרצאות‪1‬‬ ‫‪268‬‬ ‫באופן דומה ניסו לבדוק את התאים של‬ ‫החלוקה‬ ‫השנייה‬ ‫)ארבעה‬ ‫תאים(‬ ‫והשלישית )‪ 8‬תאים(‪ .‬אולם ב‪16-‬‬ ‫תאים כבר לא הייתה טוטיפוטנטיות‪.‬‬ ‫כך לפחות זה קורה בעכבר‪ .‬שלב זה‬ ‫מכתיב מושג חדש‪ :‬ייעוד של תא‪.‬‬ ‫התאים של העובר בעלי ייעוד‬ ‫התפתחותי לסוגי תאים אחרים‪.‬‬ ‫התמיינות תאים‬ ‫לאחר קביעת הייעוד‪ ,‬הנגרמת על ידי היצטברות חומרים מסויימים בציטופלזמה‪ ,‬התא זוכר מה הוא צריך‬ ‫להיות אבל הוא עדיין לא מתמיין‪ .‬למרות הידע הזה לגבי המטרה והייעוד לשו‪ ,‬התא לא יעבור התמיינות‬ ‫ללא סיגנלים בזמן המתאים שאומרים לו למה עליו להתמיין‪.‬‬ ‫ישנן שתי אלטרנטיבות המתרחשות שתיהן בזמן ההתפתחות העוברית ומשמשות ליצירת שני תאים שונים‬ ‫זה מזה מאותו תא גזע‪/‬אב אחד‪:‬‬ ‫•‬ ‫חלוקה א‪-‬סימטרית – החלוקה נחשבת לא סימטרית מכיוון שהציטופלזמה של התא המתחלק אינה‬ ‫הומוגנית‪ :‬הציטופלזמה שקיבל תא אחד מכילה ריכוז חומרים‪ ,‬פקטורי שיעתוק‪ ,‬שאינם נמצאים בתא‬ ‫השני‪ .‬הריכוז הזה של הפקטורים בקוטב מסויים‬ ‫של תא האם נעשה על ידי ‪ RNA‬שיש להם‬ ‫רצפים בצד ‪ 3' UTR‬שאומרים שעליהם להתרכז‬ ‫באיזור הזה‪ .‬שימו לב שהגרעינים של התאים‬ ‫זהים אבל הציטופלזמה היא השונה‪.‬‬ ‫•‬ ‫א‪-‬סימטריה‬ ‫סביבתית‬ ‫–‬ ‫סיגנלים‬ ‫שונים‬ ‫מהסביבה מופעלים על כל תא בת‪ .‬כתוצאה‬ ‫מנוכחות הסיגנלים השונים התגובה של כל תא‬ ‫שונה‪.‬‬ ‫הסביבה השונה במספר מצומצם של תאים מושגת על ידי התאים עצמם – מספיק שיש שני תאים‬ ‫שונים‪ ,‬הם מפרישים חלבונים מסויימים שמהווים את הסביבה של התאים שסביבם )התא הכחול‬ ‫מפריש חלבונים שמהווים את סביבת התא הכתום וההיפך – כך שכל אחד מרגיש סביבה שונה(‪.‬‬ ‫חמוטל בן דב‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫שיעור ‪ :24‬בקרת על ביטוי גנים‬ ‫‪269‬‬ ‫זיכרון תאי – דע מאין באת ולאן אתה הולך‬ ‫הזיכרון התאי מתאפשר על ידי העובדה‬ ‫שאותם פקטורי שיעתוק שעוברים לתא‬ ‫מסויים ולא אחר‪ ,‬ה‪master genes-‬‬ ‫שהם רגולטורים עליונים‪ ,‬הם פקטורי‪-‬‬ ‫שיעתוק של עצמם )בין היתר(‪.‬‬ ‫ברגע שתא מסויים מקבל מאסטר‬ ‫פקטור מסוג ‪ ,A‬הוא ישמש כפקטור‬ ‫שיעתוק של הגן למאסטר פקטור ‪,A‬‬ ‫ולכן תמיד יהיה קיים בתא הזה‪.‬‬ ‫קבלה של פקטורי מאסטר שונים תביא לקומבינציות שונות של ביטוי המאסטרים‪ ,‬שתוביל לשונות‬ ‫ומגוון בביטוי של פקטורים רגולטוריים‪ ,‬וכתוצאה מכך של גנים מסויימים בתאים‪ .‬שונות בביטוי‬ ‫גנים מסויימים היא למעשה ההתמיינות‪.‬‬ ‫שימו לב שסביבה א‪-‬סימטרית וחלוקה א‪-‬סימטרית הן משהו שקורה ביחד‪ :‬יש חלוקה א‪-‬סימטרית‬ ‫שמחלקת את פקטורי המאסטר‪ ,‬הם זוכרים בזכות פקטורי המאסטר מה הם צריכים להיות‪ ,‬ועל ידי כך‬ ‫מפרישים חלבונים שמשפיעים על הסביבה שלהם ועל מה שהם עצמם יהיו‪.‬‬ ‫זהות של תאים‬ ‫•‬ ‫תאים נבדלים בדחיסות של הכרומטין‪ ,‬כאשר איזורים שונים דחוסים יותר או פחות עקב‬ ‫מודיפיקציות ומתילציות של ה‪ – DNA-‬מתיל מכבה את הגנים‪.‬‬ ‫•‬ ‫פקטורי שיעתוק ספציפיים לרקמה‬ ‫נותנים את הזהות של התא הממויין‬ ‫סופית‪.‬‬ ‫עם זהות כזו‪ ,‬הרעיון של השתלה של גרעין‬ ‫בתא ביצית ולצפות שמכך ייוולד עובר מלא‬ ‫– זה נאיביות‪ .‬הגרעין של התא הממויין שונה‬ ‫מאוד וצריך לנקות אותו ממתילים‪,‬‬ ‫מודיפיקציות וכדומה ולהכניס אותו כדף חלק‬ ‫לביצית‪ .‬אם לא נעשה תיכנות מחדש השיבוט‬ ‫לא יוולד‪ .‬משום כך דולי הייתה ביצית‬ ‫מוצלחת אחת מתוך מאות שנכשלו‪.‬‬ ‫החוג לביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב‪2010 ,‬‬ ‫חמוטל בן דב‬