RNA עם פז”מ

בעשרות השנים האחרונות חלה התקדמות אדירה בחקר החיים הפרהיסטוריים, בזכות קפיצות דרך גדולות בטכניקות הריצוף של שרידי DNA עתיק ממאובנים. בזכותו למדנו רבות על האבולוציה של בני האדם, כולל שחזור החומר התורשתי של האדם הניאנדרטלי – מחקר שזיכה את המדען סוונטה פבו (Pääbo) בפרס נובל ברפואה לשנת 2022. אולם ה-DNA הוא רק חלק מהתמונה, שכן גם אם ריצפנו את כל ה-DNA של יצור זה או אחר, עדיין איננו יודעים איך הצופן הגנטי בא לידי ביטוי בתכונות שלו.

כדי להבין את הקשרים המורכבים בין החומר התורשתי לתכונות שיתפתחו אצל היצור החי, צריך לזהות את התוצרים שלו – החלבונים, ואת מולקולות ה-RNA שמעבירות את הוראות הייצור שלהם מה-DNA למנגנוני התא ושולטות באופן שבו ההוראות הללו יבואו לידי ביטוי ויתורגמו לחלבונים בכל תא ותא. מחקר חדש עשה את זה בדיוק: לראשונה הצליחו החוקרים לרצף RNA עתיק מרקמות של ממותות שמתו לפני 50-40 אלף שנים.

העתקים זמניים

המידע התורשתי של כל היצורים בכדור הארץ, מחיידקים ואמבות ועד פילים, לווייתנים ובני אדם, מסודר בגֵנים – רצפים של אבני הבניין שמרכיבות את ה-DNA, שנקראות חומצות גרעין. בתוך התא יש מנגנונים שמפיקים מהגֵנים מולקולות בשם RNA, כגון RNA-שליח, שמכילות את המידע הנחוץ ליצירת חלבונים – הזרוע הביצועית שקובעת את רוב התכונות של היצור, הן ברמת התפקוד הביוכימי המולקולרי והן ברמת המראה החיצוני וההתנהגות.

יש בתא גם מולקולות RNA אחרות ששותפות לתהליכים נוספים בתא. ההבדלים בכמות ובזהות של מולקולות ה-RNA שקיימות בכל תא הם מה שמגדיר את סוגי התאים ואת תפקידיהם – למשל תאי עור, תאי לבלב ותאי עצב – בעוד ה-DNA בכל התאים האלו זהה. על סמך זה, חוקרים בונים בשנים האחרונות את האטלס של תאי האדם.

אך בבואנו לחקור את הגנטיקה של יצורים קדומים אנו נתקלים בבעיה: RNA היא מולקולה הרבה פחות יציבה מה-DNA. בשל כך חלק הארי של המחקר הגנטי הפרהיסטורי מתמקד בריצוף DNA עתיק בלבד. פה ושם יש מחקרים שהציגו הצלחות בריצוף RNA שהופק מפוחלצים, אך מדובר ביצורים שמתו לפני כמה מאות שנים לכל היותר. ה-RNA העתיק היחיד שהצליחו לרצף עד כה, בשני מחקרים שונים, הופק מפגרי זאבים בני כ-14,300 שנה, שנמצאו קפואים בקפאת-עד.

כעת, קבוצות המחקר של מארק פרידלנדר (Friedländer) ולוב דאלן (Dalén) מאוניברסיטת סטוקהולם בשבדיה הצליחו לראשונה לרצף RNA עתיק שהופק מרקמות עור ושריר של ממותות שמתו לפני 50-40 אלף שנה ונותרו קפואות בקפאת-עד. בסך הכול הם בדקו את שרידיהן של עשר ממותות. מכולן הופקו דגימות DNA, אך רק משלוש מהן הצליחו להפיק כמות משמעותית של RNA.

גם ה-RNA שהופק משלוש הממותות הללו היה פגום, והחוקרים מצאו בעיקר פיסות קטנות של 30-15 חומצות גרעין. למרות זאת, המידע הזה הספיק בדרך כלל לחוקרים כדי לזהות את הגֵנים שאת ההוראות שלהם מולקולות ה-RNA נושאות. חלק ניכר מה-RNA שהופק היה קשור לפעילותם של אברונים שנקראים ריבוזומים. מכיוון ש-RNA ריבוזומלי הוא כשמונים אחוז מכלל ה-RNA בתאים של כל היצורים החיים, זה ממצא צפוי. גם תהליך השחבור, שבמסגרתו נחתכים ממולקולות ה-RNA-שליח מקטעים שאינם נחוצים ליצירת החלבון, זוהה כצפוי אצל הממותות. בנוסף נמצאו ברקמות השריר מולקולות RNA שליח, המכילות מידע ליצירת חלבונים שאופייניים לרקמות שריר אך לא לרקמות אחרות. כל אלה מאששים את ההנחה שאכן מדובר ב-RNA אותנטי.

הממצאים האלה מעידים על שיפור ניכר בטכניקות של הפקת RNA קדום וניתוחו, אך הם מלמדים אותנו מעט מאוד דברים חדשים על הממותות עצמן. הממצא הייחודי שהוסיף המחקר הוא מולקולות מיקרו-RNA – כלומר מולקולות RNA קטנות שמשפיעות על הרכב החלבונים שהתא מייצר – שלא היה ידוע על קיומן אצל ממותות. כשהחוקרים בחנו מאין מגיעות ההוראות לייצור המולקולות הללו הם מצאו גֵנים של ממותה שלא היו מוכרים עד כה.

האם נוכל לפענח דגימות RNA עתיקות אפילו יותר, או כאלה שהשתמרו בתנאים פחות טובים מאלה שקיימים בקפאת-עד? והכי חשוב: איזה עוד מידע נוכל להפיק מ-RNA קדום, מעבר למה שאנחנו כבר מקבלים משרידי DNA וחלבונים?

תשובה חלקית לשאלה האחרונה מגיעה מהמחקר הזה עצמו – גילוי של גֵנים חדשים באמצעות ריצוף של RNA. למעשה ריצוף RNA הוא טכנולוגיה שאפשרה לגלות עוד מבנים ותפקודים של מולקולות RNA, שלא התגלו קודם. בנוסף, חלק מהשינויים האבולוציוניים שמתרחשים בתא נוגעים לאזורי בקרה שקובעים מתי לייצר RNA מסוים ובאיזו כמות, בלי לשנות בהכרח את מבנה החלבון שמיוצר באמצעות אותה מולקולת RNA. על כן, היכולת למדוד איזה RNA היו קיימים ברקמה זו או אחרת ובאיזה כמות עשויה ללמד אותנו רבות על תהליכים אבולוציוניים, וגם על מחלות גנטיות שבהן הגֵנים הללו נפגעים. הדרך להבנה מלאה של התהליכים הגנטיים עוד רבה וארוכה, אך זהו שלב נוסף בדרך ללמוד על העבר ולהקיש ממנו על ההווה והעתיד.