מערך ההגנה החלבוני

חוקרים בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון גילו קשר בין המבנה של סלילים הליקליים בחלבונים ובין היווצרות סיבים עמילואידים – סיבים רעילים בתא החי

פרופ’ שמחה סרבניק

חוקרים בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון גילו קשר בין המבנה של סלילים הליקליים בחלבונים ובין היווצרות עמילואידים – סיבים המעורבים במחלות ניווניות של המוח. לטענת החוקרים, סלילים הליקליים בעלי מבנה מסוים אינם מיוצבים על ידי הסביבה, ועובדה זו מגדילה את הסבירות להיווצרות עמילואידים.

חלבונים הם פולימרים ביולוגיים המורכבים משרשרות של חומצות אמינו המקופלות למבנים תלת-ממדיים המאפשרים להם לתפקד. קיפול לקוי של החלבון עלול לפגוע בתפקודו ולהוביל לשיבושים שונים ובהם היווצרות עמילואידים – מבנים יציבים מאוד הנוצרים משיירי חלבונים משובשים. סיבים אלה נוטים להצטבר במוח כמשקעים וכגושים הגורמים לשורה של מחלות ובהן אלצהיימר, פרקינסון, סוכרת סוג 2, הנטינגטון וקרויצפלד-יעקב (“הפרה המשוגעת”). יציבותם החריגה מאפשרת להם לשרוד בתנאים ביולוגיים קשים במיוחד.

בשל רעילותם של העמילואידים ונזקם הפוטנציאלי, חוקרים רבים ברחבי העולם פועלים לפענוח שאלת העמילואידוגניות – התנאים הגורמים להיווצרות מסיבית של עמילואידים.

את המחקר שהתפרסם ב-Biophysical Journal הובילו פרופ’ שמחה סרבניק והדוקטורנט בוריס חיימוב. השניים בחנו את המבנה של הסלילים ההליקליים בחלבון המעורבים ביצירת סיבים אלה. בשלב הראשון הם פיתחו משוואות חדשניות המספקות מידע רב ושימושי על מבנים הליקליים בחלבונים.

בשנת 2016 פורסמו המשוואות ככלי אנליטי חדשני בכתב העת המדעי Scientific Reports.

בשלב השני נסרקו מקטעים הליקליים קיימים, ומידע על מבנים הליקליים אלה חולץ בעזרת המשוואות שפותחו.

בוריס חיימוב

המידע הוצלב עם המידע הקיים על מקטעים עמילואידוגניים ונמצאה קורלציה ברורה בין המבנה ההליקלי ובין עמילואידוגניות. הממצאים פורסמו בכתב העת Biophysical Journal.

כדי להסביר את הקשר בין המבנה ההליקלי ובין עמילואידוגניות פיתחו החוקרים מודל פיזיקלי המניח כי השינויים במבנה מושפעים מכוחות מייצבים סביבם. על פי מודל זה, האזור ההליקלי יוצר קשרי מימן מפוצלים עם המולקולות הסובבות (לרוב מולקולות מים), וכך נוצרת מעין מעטפת מיגון סביב האזור ההליקלי. המודל שפותח מאפשר להעריך אם האזור ההליקלי מוגן או לא וכך לנבא את רמת העמילואידוגניות שלו; כאשר האזור אינו מוגן צפויה היווצרות של עמילואידים, וכאשר הוא מוגן לא צפויה התפתחות כזאת.

המחקר מומן בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע בישראל. בוריס חיימוב ערך את המחקר במסגרת המכון לננוטכנולוגיה ע”ש ראסל ברי ובתמיכת המלגות ע”ש אירווין וג’ואן ג’ייקובס וע”ש מרים ואהרון גוטווירט.

החוקרים מעריכים כי ממצאי המחקר הנוכחי, המבהירים את ההשפעה הסביבתית על מבנים הלקליים בעלי נטייה להיווצרות עמילואידים, יובילו לפיתוח דרכים למניעת היווצרותם של סיבים אלה.

מימין: חלבון המקושר
לדי-אן-איי. האיור ממחיש את המבנה ההליקלי כמבנה השכיח והנפוץ ביותר בחלבונים. למבנים ההליקליים תפקיד חשוב בהגדרת המבנה הגלובלי של החלבון ותפקידו. משמאל: סיב עמילואידי.
מרבית סיבי העמילואיד
מורכבים ממשטחי בטא המוצגים כאן בצהוב. למעלה: החלבון האנטי-מיקרוביאלי מוריצין המורכב בעיקרו מאלפא-הליקס. המולקולות הסובבות נקשרות לשלד של האזור ההליקלי באמצעות קשרי מימן מפוצלים, יוצרות מעטפת מיגון סביב האזור ההליקלי ומפחיתות את הסבירות להיווצרות סיבי עמילואיד.