פרופסוררוג”רקורנברגזכהבפרסנובלבכימיהלשנת2006עבורמחקריועלהבסיסהמולקולרישלשעתוקאאוקריוטי。

דַּרְִּי”

אביהיהביוכימאי,והואזכהבפרסנובלבשנת1959עלעבודתובחֵקֶרתהליכישכפולדנ”א．אבאשליחלקאתההתלהבותהמחקריתהאדירהשלועםכלמישהיהמוכןלהקשיב,ואניספגתיאתאהבתושלאבילמדע。למדתימתמטיקה,פיזיקהוכימיהבקולג’,ובדוקטורטשליחקרתיאתקרוםהתא——המֶּמְבְּרָנָה(איור1משמאל)。לקרוםהתאישאתהתפקידהחשובביותרבחיים,מאחרשמעטפתכזושמקיפהאתהתאהחיהיאמהשמגדיראתהקיוםשלהתא——היחידההבסיסיתשלכליצורחי。

לקראתסוףעבודתיעלקרוםהתאידעתיכיברצונילהמשיךלחקוראתהפיזיקהוהכימיהשקשוריםלמדעיהחיים。באותוזמן,התחוםשלביולוגיהמולקולרית,שעוסקביןהשארבחֵקֶרהמרכיביםשלהתאוהתהליכיםשמתרחשיםבו,התפתחבמהרה。פיתוחיםטכנולוגייםחדשיםאפשרולפענחאתהמבנהשלחלבוניםפשוטים。אזהתוודעתילבעיהשלמבנההכרוֹמוזוֹם(ראואיור1)．הכרומוזוםהואמבנהשבוהחומרהגנטי,הדנ”א,מאורגןבתוךגרעיןהתא。מבנההכרומוזוםסיקרןביולוגיםמבנייםבגללחשיבותוהבסיסיתשלהדנ”אוהמבנההפשוטלכאורהשלו。;。כלמהשהיינוצריכיםלהביןהיהכיצדהדנ”אוארבעתהחלבוניםהאלהמאורגניםיחדויוצריםאתמבנההכרומוזום。

התבררשהבעיההזולאהייתהפשוטה。בסופושלדברפתרתיאתהבעיהבאמצעותמיוןשלכמהמאמריםרלוונטייםמִבֵּיןמאותרבותשלמאמריםשנכתבועלמבנההכרומוזום。。ביצעתיניסוייםרלוונטייםובאמצעותםהצלחתילחבריחדאתחתיכותהפאזלולפתוראתהבעיהשלמבנההכרומוזום。מבנהזההוכחמאוחריותרכנכוןבאמצעותשיטההקרויהקריסטלגרפי．

באופןטבעי,אחריפתרוןהבעיההזורציתילגלותמהןההשלכותשלמבנההכרומוזוםעלביולוגיה,עלהחייםעצמם。כלומר,מדועהדנ”אמאורגןבאופןהמסויםהזהבתוךהכרומוזוםלשםביטוישלמידעגנטי。ביטוישלגֶּןמתחילבתהליךשנקראשִׁעְתּוּק，回车回车נ回车צר回车לק回车ל回车רנ'' '' '' '' '' '' '' '' 'אמדנ”。רנ”אשליחהואמולקולהדומהלדנ”א,אךבעלתמבנהותפקודשונים。רנ”אשליחבנוימסליליחידקצרשנבנהלפירצףהדנ”א,ובעלהרכּבמעטשונהמהדאנ”。בניגודלדנ”אשבנוימשניסלילים(איור1,מימין),מולקולתהרנ”אשליחבנויהמסליליחידקצר,שמהווהעותקשלמִקְטָעדנ”אמסוים。הרנ”אמהווהחוליהמקשרתביןהמידעהגנטישבדנ”אלחלבוניםשנוצריםלפימידעזה。לכן,כדילחקוראתתפקידהכרומוזוםולהביןאתביטויוֺשלמידעגנטי,התחלתיעםאחדמשלושתהאנזימיםשמבצעיםשעתוק。האנזיםהזהנקרארנ”אפּוֺלימֶרַאז2［1]．

מדנ”אלרנ”א——מנגנוןהשעתוקשלרנ”אפולימראזII

תפקידושלמנגנוןהשעתוקשלהרנ”אפולימראזIIהואליצוררנ”אשליח。כפישהזכרתיקודם,רנ”אשליחהואהחוליההמקשרתביןקודהדנ”אוהחלבוניםהמסוימיםשמיוצריםממנו。מנגנוןהשעתוקשלרנ”אפולימראזIIמכילכמעט60סוגיםשלחלבונים!אתאראתשלושתהרכיביםהעיקריים[2]:אנזיםהרנ”אפולימראזII,חלבוניםשנקראיםגריללייםוקומפלקסשלקבוצותשונותשלחלבוניםשנקראמתווך．

אנזיםרנ”אפולימראזII -מבנהותפקוד

אנזיםהרנ”אפולימראז二世(איור2 a)回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝משמעותהדברהיאשדנ”אנכנסאלהאנזיםהזהמכיווןאחד,ותוצרהרנ”אשליחיוצאמהצדהשני。הרבהמהעבודהשלנוהייתהסביבפתרוןהמבנההמורכבשלהאנזיםהזהבאמצעותמדידותרנטגן。לאחרפענוחהמבנהשלהאנזיםהזהלבדו,הצלחנוגםלפענחאתהמבנהשלובמהלךתהליךהשעתוק。כלומר,כשגםהדנ”אוגםהרנ”אנוכחיםבתוכובמהלךתהליךהשעתוקהפעיל(איור2 b)．

הרנ”אפולימראזIIמורכבמ-12תתי——יחידותשונות,שמוצגותבצבעיםשוניםבאיור2 a，。“אלרנפולימראזIIישתעלהמרכזית,שמובילהליוןמגנזיום。。סלילכפולשלדנ”אנכנסלתעלההמרכזיתושניהסליליםנפרדים(איור2 b)．סליל。במיקוםזה,שנקראאתרפעי,להרנ”אהשליחנבנהעלפיההוראותשבסלילהדנ”אהמכופף。לבסוף,מבנהמשולבשלדנ“א——רנ”אשליחיוצאמהאנזיםבזוויתשלכ-90מעלותיחסיתלזוויתשבההדנ”אנכנסתחילהלאנזים。

גורמישעתוקכלליים——רכיבימפתחנוספיםבביטויגֶּנִים

回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝כאשרדנ”אמשועתקלרנ”אשליח,הואלאמשועתקבמלואו。רק。„„„„„„„„„„„„„„כלגןמכילמידעעלייצורשלחלבוןמסויםבגופנו。הרנ”אפולימראזIIזקוקלחמשמולקולותנוספותכדילזהותגןספציפיולשעתקאותו。המולקולותהאלההןחלבוניםשנקראיםגורמישעתוקכלליים,והםבאיםבמגעעםאנזיםהרנ”אפולימראזIIבמהלךתהליךהשעתוק(ראועיגוליםאפוריםבאיור3למטה)。באופןכללי,אתםיכוליםלחשובעלגורמיהשעתוקהכללייםהאלהכרכיביםבמנגנוןהשעתוקשמסייעים”להדליק”או”לכבות”גניםמסוימים。

כפישראינוקודםלכן,כאשרהדנ”אעוברבתוךהרנ”אפולימראזIIהואצריךלהתכופףכדילהיותמשועתקלרנ”אשליח。דנ”אבצורתוהרגילה(סלילכפול)הואקשיחמאוד,ולאיכוללהתכופף。כדילכופףאותוהואצריךלהיפתחלשניסליליםנפרדים,ואזהואהופךגמישלחלוטיןויכוללהתכופףבחופשיותלכלהכיוונים。כאןגורמיהשעתוקהכללייםנכנסיםלתמונה:אחרישגורמיהשעתוקהכללייםמזהיםאתתחילתושלהגןבמולקולתהדנ”אהישרה,הםפותחיםאתהדנ”אומכופפיםאותולידהאתרהפעילשלהשעתוקברנ”אפולימראזII。באופןהזה,גורמיהשעתוקהכללייםמאתחליםאתתהליךהשעתוק。

מתווך——“אישהביניים”שלבקרתגנים

בתהליךשלשעתוקדנ”אצריכותלהתקבלהחלטותחשובותמאוד:אילוגניםלשעתק,באיזהמקוםבגוףומתי。קבוצתההחלטותהאלהנקראת”בקרתביטויגנים’,והיאקריטיתעבורהתפקודהתקיןשלגופנו。המתווךהואקבוצהשלחלבוניםשגילינוב-19903.),והוארכיבמרכזיבמנגנוןבקרתהגנים:מעבדאתכלהמידעהגנטישמגיעמתוךהתאומחוץלתא,ומעבירולרנ”אפולימראזכדילשלוטבהחלטהאםלשעתקגןמסוים。

איור3מראהבאופןסְכֶמָתִיאתתפקודושלהמתווךבתהליךהשעתוק:המתווך(בוורוד)מְקַשֵּׁרביןחלבוןשנקראמפעיל(באדום),אשרמשפיעעלה”דלקה”שלשעתוקגן,לביןאנזיםהרנ”אפולימראזII(בכחול)。במיליםאחרות,המתווךמשמשכ”אישביניים”,שמספקלאנזיםהרנ”אפולימראזמידעשקשורלבקרתביטויגנים。

יד

אנירוצהלגרותאתסקרנותכםולספרלכםעלשנינושאיםפתוחיםשקשוריםלמהשסיפרתילכםבמאמרהזה。הנושאיםהאלההםחודהחניתשלמחקרעכשוויבביוכימיה,ואנועובדיםעלשניהםבמעבדהשליממשבימיםאלה。

。בשלבמסויםבחלוקתהתא,הדנ”אבכרומוזוםמכווץבאורכופיכ-10000年כךשהחומרהתורשתיעצמו,שקודםלכןתפסאתכלגרעיןהתא,נדחסלגבולותהמצומצמיםשלהכרומוזום。מהשאנויודעיםבוודאותעלמבנההכרומוזום(שציינתיבתחילתהמאמר)מסביראתהתקצרותאורךהדנ”ארקפיחמישהאולםלאפי10000。כלומר,השאלההפתוחההיא:כיצדהדנ”אבכרומוזוםנדחסעודפי2000ממהשאנויודעיםלהסביר吗?

הנושאהשניקשורבמתווךשדנובוקודםובבקרהשלביטויגנים。פיריםאיור3,אנויודעיםשהמתווךמספקמידעשלבקרתגניםלאנזיםהרנ”אפולימראזII。?כיצדבדיוקהמידעהמעובדהזהמועבראלהפולימראז吗?כיצדהמתווךמסייעבקיפולשלדנ”אמחוץלמבנההכרומוזוםכדילשעתקאותו吗?ישלנורעיונותעלמהשעשוילהתרחשואיך,אולםאלהעדייןחידותפתוחותשאנומנסיםלפתור。

המלצותלמוחותצעירים

במובניםרבים,השאלותשציינתיכאןהןאותןשאלותבסיסיותשאיתןהתחלתיאתהמסעהאקדמישלי。כפישאתםודאייודעים,שאלותמדעיותרבותהןמורכבותונדרשותשניםרבותשלמחקרכדילענותעליהן。מדעהואמאתגר,הואדורשעבודהמאומצתשיכולהלעיתיםלהיותקשהולעיתיםמתסכלת。אולםעבוריהתגמוליםהמזדמניםשוויםלגמריאתהמאמץ。אםאתםאוהביםמדעורוציםלעסוקבקריירהמדעית,העצההראשונהשליאליכםהיאליהנותמהפעילותעצמה,ללמודכיצדליהנותמהדבריםהקטניםשמרכיביםאתפעילויותהיומיום。במקרהשלי,לדוגמה,הפעילויותהאלההןניסוייות——ערבובוהמסהשלחומריםשוניםויצירתתמיסותעבורהניסוייםשלי。אניבאופןאישיאוהבכלאחדמהצעדיםהקטניםהאלה,ואניאוהבלבלותבמעבדה。

היבטחשובנוסףהואללמודכיצדלחוותכישלוןכמשהוממריץומאתגר——כהזמנהלנסותשובעםאותהמידתציפייהלהצלחהכמובפעםהקודמת。מדיפעםמשהוטובקורה,ואזמדעניםטוביםצריכיםלאלהאמיןמיידלתוצאות。ראשית,עליכםלוודאשלאמדוברבטעות,לכןאתםצריכיםלחשובעלדרכיםלהוכיחשאתםטועים。מדעניםטוביםחושביםעלדרכיםמתוחכמותביותרלהוכיחשהםטועים。אםהםלאמצליחיםלהוכיחשטעו,אפילובאמצעותניסוייםמשוכללים,אזככלהנראההםגילומשהו。רגעיהגילויהאלההםרגעיםייחודייםמאודובלתינשכחיםבקריירהשלמדענים,ובעינייהםמצדיקיםלחלוטיןאתהמאמציםשהושקעובתהליך。

מילוןמונחים

דנ”אחומצהדיאוקסיריבונוקלאית,(DNA)：↑החומרשנושאמידעגנטיבאורגניזמיםחיים。הדנ”אבנוימשניסליליםשיוצריםסלילכפולוהואממוקםבגרעיןהתא。

חלבונים(蛋白质)：↑מולקולותגדולותהנמצאותבכלהתאיםהחיים,אשרממלאותתפקידיםחשוביםרביםביצוריםחיים。

כרומוזום(染色体)：↑„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

גן(基因)：↑יחידהתפקודיתבסיסיתשלדנ”א,המכילהאתהמידעליצירתחלבוןביצוריםחיים。

שעתוק(转录)：↑השלבהראשוןבביטויגן,אשרבונבניתמולקולתרנ”אעלפיהרצףשלמקטעדנ”אמסוים。

רנ'' '' '' '' '' '' '' '' '：↑אחדמסוגיהרנ”אבתאהחיאשרמעורבבתהליךשלייצורחלבוניםעלפיהמידעבדנ”א。

אנזים(酶)：↑מולקולהביולוגיתגדולהשמזרזתתגובותכימיותהמתרחשותבגוףאובתוךהתא。

גורמישעתוקכלליים(通用转录因子)：↑קבוצהשלחמישהחלבוניםהמסייעיםבאתחולשלתהליךשעתוקהדנ”אלרנ”אשליח。

מתווך(中介)：↑קומפלקסרב——חלבוניהמעבדמידעעלבקרתביטויגנים,ומעבירמידעזהלגורמישעתוקכללייםולרנ”אפולימראזII。

ינטרסים

המחבּרמצהירכיהמחקרנערךבהיעדרכלקשרמסחריאוכלכלישיכוללהתפרשׁכניגודאינטרסיםפוטנציאלי。

תודות

ברצונילהודותלנועהשגב,בוגרתהתוכניתלאנרגיהע”שננסיוסטיבןגרנד(GTEP),טכניון,ישראל,עלעריכתהריאיוןשהיווהאתהבסיסלמאמרזה,ועלכתיבהמשותפתשלהמאמר。

---

מקורות

[1]↑克拉默，P.，布什内尔，D.，和科恩伯格，R.， 2001。转录的结构基础:RNA聚合酶II在2.8 Å分辨率。科学292:1863 - 76。doi: 10.1126 / science.1059493

[２]↑Boeger, H.， Bushnell, D. A.， Davis R.， Griesenbeck, J.， Lorch, Y.， Strattan, J. S, et al. 2005。真核生物基因转录的结构基础。2月。579:899 - 903。doi: 10.1016 / j.febslet.2004.11.027

[3]↑凯莱赫，R. J.，弗拉纳根，P. M.和科恩伯格，R. D. 1990。活化蛋白和RNA聚合酶II转录装置之间的一种新的中介物。细胞61:1209-15。0092 - 8674 . doi: 10.1016 / (90) 90685 - 8