זיהוי מהיר של קשרי חלבונים ודנ"א

חלבונים קושרים מולקולות של החומר הגנטי דנ"א כדי לבצע תפקידים חיוניים בתא, כגון ביטוי של גנים, שעתוק ותיקון דנ"א. לכן, כאשר קשרים אלה משתבשים, הדבר עלול להוביל להתחלתן או להתקדמותן של מחלות שונות כדוגמת סרטן וסוכרת. מסיבה זאת יש חשיבות קלינית ומחקרית גדולה לזיהוי קשרים בין חלבונים ובין דנ"א. שירה רוט, דוקטורנטית בפקולטה להנדסה של בר-אילן, פיתחה שיטה חדשה ומהירה לזיהוי קשרים אלה.

קיימות כבר שיטות לזיהוי קשרי חלבון-דנ"א, אולם רובן אורכות זמן רב, בעלות פרוטוקולים מסורבלים ולא תמיד מספקות תשובות כמותיות וחד-משמעיות. "השיטה שאנחנו פיתחנו," מסבירה רוט, "מתבססת על מערכת מודולציה מגנטית, המאפשרת זיהוי מהיר ורגיש של חלבונים, קשרי חלבון-חלבון ורצפי דנ"א. במחקר הזה הדגמנו בפעם הראשונה כי ניתן ליישם את המערכת לזיהוי אינטראקציות חלבון-דנ"א."

השיטה הרווחת כיום לזיהוי אינטראקציות בין חלבון ובין דנ"א נקראת EMSA. בעוד שהשימוש בה עשוי להימשך 4 עד 72 שעות, השיטה שפותחה על ידי רוט, במסגרת מחקר הדוקטורט שלה במעבדתו של ד"ר עמוס דניאלי מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת בר-אילן, אורכת שעתיים בלבד. התוצאות המתקבלות הן כמותיות וחד-משמעיות, והרגישות גבוהה. לדוגמה, ניתן לזהות קשרים בריכוזים נמוכים של חלבון ודנ"א, אפשר לזהות אם רצף דנ"א מסוים חשוב לקישור ואם מוטציות מסוימות ברצף משפיעות על הקישור, וכל זאת ללא צורך בעיבוד מידע נוסף תלוי משתמש, כפי שנדרש ב-EMSA.

נוסף על כך, השיטה פשוטה ומרכיבי המערכת זולים, כך שהיא יכולה להוות אלטרנטיבה לשיטות הקיימות כיום ובכך לקדם את המחקר הביו-רפואי. לדוגמה, מחקרים רבים מתמקדים בחלבונים קושרי דנ"א מסוג פקטורי שעתוק, שכן הם קשורים להתפתחות סוגים רבים של סרטן והם הנחקרים ביותר. ניתן להשתמש בשיטה לזיהוי מעכבים לקשרים בין פקטורי שעתוק לבין דנ"א באופן מהיר ובכך לקדם פיתוח תרופות חדשות.

כדי להתגבר על האתגרים הכרוכים בזיהוי אינטראקציות חלבון-דנ"א, השתמשו רוט וד"ר דניאלי ושותפיהם, פרופ' תמר יובן-גרשון וד"ר דיאנה אידסס מהפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר-אילן, במערכת מודולציה מגנטית לחישה ביולוגית (magnetic modulation biosensing – MMB).

במחקר זה, במערכת MMB אחד מהגורמים השותפים לאינטראקציה, חלבון או דנ"א, מקובע לחלקיקים מגנטיים ואילו השני מוצמד למולקולה זרחנית, כך שהחיבור בין החלקיק המגנטי ובין המולקולה הזרחנית מתקיים רק כאשר מתרחש קישור בין החלבון והדנ"א, ומתקבל אות הניתן לזיהוי. באמצעות השימוש בכוחות מגנטיים, החלקיקים מרוכזים ומתומרנים לתנועה קצובה דרך אלומת לייזר.

הכניסה והיציאה מאלומת קרן הלייזר יוצרת מעין איתות שניתן לעקוב אחריו. במעבדתו של ד"ר דניאלי, המתמחה בהדמיה אופטית וחישה ביולוגית, משתמשים במערכת MMB לפיתוחים שונים ומגוונים, גם בתחום הקורונה: זיהוי מהיר של נגיף הקורונה שזכה לסיקור תקשורתי נרחב, מציאת מעכבים לקשרי חלבון-חלבון בנגיף ופיתוח מבחן סרולוגי. עקרונות פעולת המערכת זהים, אך כל פעם המבחן הביולוגי המפותח שונה.

צוות המחקר של רוט הדגים את השיטה שפיתחה באמצעות זיהוי קשרים בין מקטעי דנ"א עשירים בבסיסים C ו G, לבין פקטור השעתוק Sp1 וחלבון מאותה המשפחה בשם BTD. ספציפיות הקשר הוערכה על ידי מבחני תחרות ושימוש ברצפים מוטנטיים. הניסויים בוצעו במקביל בשיטת EMSA והתוצאות הושוו.

בשלב זה הפיתוחים משמשים למחקר ויכולים לכלול גם זיהוי מעכבים לאינטראקציות במסגרת פיתוח תרופות חדשות. צוות המחקר עובד בשיתוף פעולה עם המעבדה של פרופ' תמר יובן-גרשון על זיהוי אינטראקציות נוספות והערכת חוזק האינטראקציות בין חלבונים מוטנטיים ובין רצפים מוטנטיים.

מאת: שחר שלוח