Slide 1

‫מחווה לחוקרים הישראלים פרופ' צ'חנובר ופרופ' הרשקו‬
‫על מה זכינו בפרס נובל בכימיה לשנת ‪?2004‬‬

‫ולי שטיינהרט מאי ‪2005‬‬


Slide 2

‫פרופ' ארווין רוז – עמיתם של פרופ'‬
‫הרשקו ופרופ' צ'חנובר‬

‫הפרס ניתן על פיצוח‬
‫חידת "פח המיחזור"‬
‫של התא! – על גילוי‬
‫המנגנון המסמן‬
‫חלבונים המיועדים‬
‫להריסה בתא‬
‫ולשימוש חוזר בתוצרי‬
‫הפירוק‪.‬‬
‫תיוג חלבונים להריסה‬
‫נעשה ע"י הדבקת‬
‫מולקולות חלבון‬
‫קטנות – אוביקויטין‪.‬‬
‫גורלו של חלבון כזה‬
‫נחרץ להריסה במבנה‬
‫הנקרא פרוטיאזום‪.‬‬

‫דגם עקיפה של קרני ‪X‬‬

‫חלבון האוביקויטין [‪ 76‬חומצות אמיניות] זוהה ב ‪ 1975‬בתאים של‬
‫יצורים רבים ומכאן גם שמו – ‪ Ubiquitius‬שפירושו נמצא בכל‬
‫מקום‪ .‬הובן שהחלבון הזה נפוץ מאד בתאי אורגניזמים‪ ,‬אך‬
‫תפקידו לא היה ברור עדיין‪.‬‬

‫פרטיאזומים בתא –‬
‫מיקרוסקופ אלקטרוני‬


Slide 3

‫הגן לאוביקויטין שמור מאד באבולציה והוא מופיע בכל האורגניזמים החל מחיידקים‪ ,‬חד תאיים‪,‬‬
‫צמחים ובעלי חיים‪ ,‬בהם האדם‪ .‬עובדה זו מעידה על חשיבותו של חלבון האוביקויטין לתהליכי‬
‫החיים המתרחשים בתאים של כל היצורים‪.‬‬


Slide 4

‫מדוע חשוב כל כך קיום מנגנון לפירוק חלבוני התא?‬
‫•‬

‫בכל תא יש עשרות אלפי חלבונים הממלאים תפקידים בתהליכי החיים שלו – למשל‬
‫אנזימים המזרזים תהליכים שונים של בנייה ופירוק‪ ,‬חלבונים המפקחים על חלוקת התא‪.‬‬

‫•‬

‫ככלל‪ ,‬חלבונים רגישים לשינויים בסביבה והמבנה שלהם עלול להשתנות ולפגוע‬
‫בתפקודם התקין‪ .‬חשוב שחלבונים אלה יהרסו וייבנו חדשים תחתם‪.‬‬

‫•‬

‫כמות חלבון מסוים בתא ומשך הפעילות שלו‪ ,‬חיוניים לקיום התקין של התא‪ .‬סטייה‬
‫משתי דרישות אלה עלולה לגרום לשורה של תקלות רציניות בתא ולמחלות כמו –‬
‫פרקינסון וסרטן‪.‬‬

‫•‬

‫במחלת הפרקינסון‪ ,‬אחת הסיבות להרס תאי העצב היא הצטברות של חלבונים לכדי גופי‬
‫חלבון גדולים‪ ,‬ששוקעים בתא העצב וגורמים להרס שלו‪.‬‬

‫•‬

‫מנגנון תקין של הרס חלבונים פגומים‪ ,‬חלבונים זרים או חלבונים שסיימו את תפקידם‬
‫בתא‪ ,‬חיוני לקיומו של התא‪.‬‬


Slide 5

‫•‬

‫החוקרים גילו כי החלבונים השגויים‬
‫עוברים סימון ע"י תווית מולקולרית ‪-‬‬
‫עם מולקולות אוביקויטין ‪Ubiquitin‬‬
‫‪.‬‬

‫•‬

‫פירוק החלבונים בתא לא מתבצע‬
‫באפן אקראי‪ ,‬אלא בתהליך מבוקר‬
‫של מספר שלבים‪ ,‬בו מעורבים‬
‫מספר אנזימים‪.‬‬

‫•‬

‫בסיום תהליך הסימון במולקולות‬
‫אוביקויטין – החלבונים המיועדים‬
‫להריסה מועברים אל פרוטיאזומים‬
‫– שם הם נחתכים לפיסות חלבון‬
‫קטנות‪.‬‬


Slide 6

‫נדגים את חשיבות מנגנון האוביקויטין – פרטיאזום בתגובה החיסונית ובחלוקת התא‬
‫מערכת החיסון שלנו מגיבה כנגד חלבונים זרים לגוף [אנטיגנים]‪ ,‬כמו לדוגמא חיידקים פולשים – היא מזהה‬
‫אותם ובדרך כלל מצליחה לבלום אותם‪ .‬התגובה הזו היא ספציפית ובשלביה הראשונים מעורבת מערכת‬
‫האוביקויטין – בשלב הראשון ייבלע החיידק ע"י תא בלען ענק ‪ -‬מקרופאג'‪ .‬בתוך המקרופאג' חלבונים של‬
‫החיידק יסומנו באוביקויטין ויפורקו לקטעי אנטיגן‬
‫קטנים יותר בפרוטיאזום‪ .‬אלה יועברו אל פני השטח של‬

‫המקרופאג ובאמצעותם הוא יאותת לתאים עוד יותר‬
‫מתוחכמים ממנו – לימפוציטים ‪ B‬ו‪ ,T -‬להגיב כנגד החיידק‪.‬‬
‫כאן נראה תא דם‬
‫לבן – לימפוציט‬
‫הורג‪ ,‬התוקף תא‬
‫סרטני תוך חירור‬
‫הממברנה שלו‪.‬‬
‫הלימפוציט עצמו‬
‫מופעל ע"י‬
‫מקרופאג המציג לו‬
‫קטעי חלבון של‬
‫התא המותקף‬
‫שנחתכו‬
‫בפרוטיאזום וכך‬
‫מעורר אותו לפעול‬
‫נגדו‪.‬‬


Slide 7

‫מעורבות האוביקויטין – פרטיאזום במחזור התא‬

‫כאשר תא מתחלק הוא משכפל את הכרומוזומים שלו [ה ‪ DNA‬שלו בגרעין] ולמשך זמן מה זוג‬
‫הכרומטידות בכרומוזום המשופכל צמודות זו אל זו‪ ,‬עד להיפרדן לשני תאי הבת הנוצרים בסוף‬
‫החלוקה‪ .‬להצמדת הכרומטידות אחראי חלבון מסוים – חלבון זה צריך להתפרק לקראת שלב‬
‫הפרדת הכרומוזומים ‪ -‬שלב האנאפזה‪ .‬בשלב קריטי זה במחזור התא‪ ,‬מעורב האוביקויטין‪.‬‬


Slide 8

‫כרומוזומים כפולים לפני הפרדתם באנפאזה‬


Slide 9

‫הפרדת הכורמוזומים הכפולים באנפאזה ‪-‬מעורבות אוביקויטין‬
‫התצמיד ‪ APC‬מעורב בסימון ה‬
‫‪ securin‬ע"י מולקולות אוביקויטין‬
‫ זה מוביל אותו להריסה‬‫בפרוטיאזום‬

‫‪Separase‬‬

‫‪cohesin‬‬

‫‪securin‬‬

‫האנזים ‪ Separase‬חפשי לפרק את החלבוני ה‬
‫‪ cohesins‬המצמידים את הכרומטידות בכרומוזומים‬
‫הכפולים‪.‬‬

‫הסרת העיכוב מהאנזים‬
‫‪[ Separase‬המעכב הוא‬
‫סוג של צ'פרון בשם‬
‫‪] securin‬‬

‫הכרומטידות נפרדות לקטבים‬
‫הנגדיים של התא המתחלק‬
‫בסוף המיטוזה עם סיום‬

‫תפקידו של ‪ ,APC‬גם הוא‬
‫עובר תהליך סימון והריסה ‪-‬‬
‫הדבר מבטיח שבחלוקת התא‬
‫הבאה לא יפורקו החלבונים‬
‫המצמידים את הכרומטידות‪.‬‬

‫אי הפרדה של כרומטידות באנפאזה תגרום ליצירת תאים‬
‫פגומים בעלי עודף או חסר של מידע גנטי‬

‫כרומוזום כפול המרכב משתי‬
‫כרומטידות צמודות באמצעות‬
‫חלבוני ‪cohesins‬‬


Slide 10

‫חלבונים המבקרים את שלבי מחזור התא [ציקלינים] עוברים סימון באוביקיטין‬
‫ומעברים להריסה בפרוטאזום‪ ,‬בסיום השלב אותו הם מבקרים‪ .‬תהליך זה מבטיח‬
‫את המעבר התקין בין שלבי מחזור התא עד לחלוקתו לשני תאים זהים [מיטוזה]‪.‬‬
‫חלבון חשוב המבקר את מחזור‬
‫התא הוא ‪ – p53‬הוא שייך‬
‫לקבוצת הגנים מדכאי הסרטן –‬
‫‪Tumor suppressor genes‬‬
‫לכן הוא מכונה גם שומר הגנום‪.‬‬

‫‪– P53‬‬
‫שומר‬
‫הגנום‬


Slide 11

‫‪p21‬‬

‫החלבון ‪[ p53‬גורם שיעתוק] מעודד יצירה של חלבון ‪p21‬‬
‫העוצר את המשך מחזור התא – במצב הזה התא מקבל זמן‬
‫לנסות לתקן פגמים ב ‪ DNA‬העלולים להוביל להתמרה‬
‫סרטנית‪ .‬אם לא – התא יכנס למסלול של התאבדות –‬
‫אפופטוזיס‪ .‬בשני המקרים ‪ p53‬מונע את התפתחות התהליך‬
‫הסרטני‪.‬‬
‫מי שקובע את כמות החלבון ‪ p53‬היא מערכת האוביקויטין‬
‫האחראית על פירוקו המהיר‪ .‬כאשר פעילותו ההגנתית של‬
‫‪ p53‬נחוצה יש לחסום את פירוקו ע"י מערכת האוביקויטין!‬
‫נגיף הפפילומה הגורם לסרטן צוואר הרחם‪ ,‬מייצר חלבון‬
‫הנקשר אל ‪ – p53‬קישור הגורם לכך שהוא יזוהה ע"י מערכת‬
‫האוביקויטין ויסומן לפירוק! סילוקו מונע מתאים פגועים למות‬
‫והתאים הממאירים מצטברים ברקמה וגורמים לסרטן‪.‬‬

‫פירוט מולקולות מעורבות‬
‫בבקרת מחזור התא‬


Slide 12

‫• וכך מסכם פרופ' אהרן צ'חנובר את עיקרי עבודתו המחקרית‪:‬‬
‫•‬

‫"מתברר שגוף האדם והאורגניזמים בכלל ‪ -‬בניגוד לגוף המתכת של המכונית או‬
‫קירות האבן של הבית שבו אנו מתגוררים ‪ -‬איננו סטאטי‪ ,‬והוא נמצא בתהליך‬
‫מתמיד של הרס ובנייה מחדש‪ ,‬עד כדי כך שמדי יום אנחנו מחליפים כ‪ 10%-‬מסך‬
‫מרכיבי הגוף‪ .‬החלבונים המרכיבים את שרירי הגוף והעצמות ומהווים גם זרזים‬
‫ובקרים לכל הריאקציות הכימיות המתרחשות בגוף‪ ,‬אינם יוצאים מן הכלל‪,‬‬
‫ומתחלפים גם הם‪.‬‬

‫•‬

‫השאלה המרכזית שנשאלה‪ :‬מדוע אנו נדרשים לדינמיקה אינטנסיבית כזו של‬
‫הרס ובנייה‪ ,‬ומה המנגנון המוציא אותה לפועל?‬

‫•‬

‫הדרישה לדינמיקה נובעת משתי סיבות‪ :‬האחת ‪ -‬כי החלבונים הם בעלי מבנה‬
‫מורכב ביותר ותיפקודם רגיש לשינויים במבנה המתרחשים כתוצאה משינויים‬
‫גנטיים‪ ,‬מהשפעת הטמפרטורה שאנו חיים בה‪ ,‬מקרינה וממזהמים סביבתיים‪.‬‬
‫על הגוף לסלק את החלבונים הפגומים‪ ,‬לייצר חדשים תחתם‪ ,‬ובאותה עת‬
‫להשאיר את אלו הלא‪-‬פגומים ‪.‬‬
‫הסיבה השנייה ‪ -‬בקרת הליכים מסוימים דורשת את סילוקם של חלבונים‬
‫ספציפיים המשמשים בלמים או זרזים להליכים אלה‪.‬‬

‫•‬

‫המנגנון הבסיסי המבצע את סילוק החלבונים התגלה במהלך המחקר שביצעתי‬
‫כתלמיד מחקר בהנחיית הפרופ' הרשקו‪ .‬חלבונים המיועדים להריסה מסומנים‬
‫קודם לכך על ידי 'תג מוות'‪ ,‬שהוא חלבון הקרוי אוביקיטין‪ .‬רק אלה שסומנו‬
‫יושמדו‪ .‬הפרעות בתפקוד המערכת לסילוק חלבונים פגומים נמצאו‪ ,‬בין השאר‪,‬‬
‫בבסיס מנגנוני ממאירויות רבות ובמחלות ניווניות של המוח‪".‬‬


Slide 13

‫אז מה ייצא לנו מפיצוח מנגנון פח הזבל של התא?‬
‫יתכנו שני מצבים אפשריים‪:‬‬
‫‪ .1‬שנרצה לעורר אותו‬
‫תאים שמנגנון האוביקויטין –‬
‫פרוטיאזום שלהם לא תקין ואנו‬
‫נרצה לתקן אותו ולהחזיר את‬
‫הרקמה לפעילות תקינה‪.‬‬

‫‪ .2‬שנרצה לעכב את המנגנון‬
‫•‬

‫•‬

‫תאים שמנגנון האוביקויטין –‬
‫פרוטיאזום שלהם תקין‪ ,‬אבל אנחנו‬
‫נרצה להופכם ללא פעילים ולזרז את‬
‫מותם – תאים סרטניים למשל‪.‬‬
‫נעכב את פעילות הפרוטיאזום או‬
‫האויביקויטין או את שניהם וכך נסתום‬
‫אותם בחלבונים פגומים – הדבר יביא‬
‫למות התאים המסוכנים‪.‬‬

‫ואכן מדעני חברת ‪ Millennium‬פתחו תרופה בעקבות גילויים של‬
‫צ'חנובר‪ ,‬הרשקו ורוז – שמה ‪ , Velcade‬תרופה שמעכבת את‬
‫פעולתו של הפרוטיאזום! ומשרה אפופטוזיס‪ .‬התרופה נמצאה‬
‫יעילה בהרג תאי מיאלומה נפוצה‪ .‬זהו סרטן של תאי מערכת‬
‫החיסון [תאי פלסמה] הממלאים את מח העצם – יצור כדוריות‬
‫הדם נפגע והכליות נסתמות בחלבונים [נוגדנים] המופרשים ע"י‬
‫תאי המחלה‪ .‬לאחרונה נערך דיון על הכללתה בסל התרופות‪.‬‬