תרגום לאחור?

מנגנון יצירת החלבונים, שנקרא תרגום, הוא אחד המנגנונים הבסיסיים והעתיקים ביותר בביולוגיה. התהליך משותף לכל היצורים החיים, מהחיידק והנגיף הפשוטים ביותר ועד ללווייתן הכחול ועץ הסקויה. התהליך, שפוענח בשנות ה-60 של המאה שעברה, כולל תנועה של הריבוזום לאורך ה-RNA שמכיל את ההוראות לבניית החלבון – רצף של תרכובות אורגניות בשם נוקלאוטידים, שכל שלוש מהן מתורגמות ליצירת חומצה אמינית אחרת, לפי קודונים של שלוש “אותיות”. תנועת הריבוזום היא תמיד באותו הכיוון, שנקבע לפי קשרי הסוכר-זרחן במבנה הכימי של ה-RNA. לאחרונה פרסמו חוקרים מסין מאמר, שטרם עבר ביקורת עמיתים, ובו הם טוענים שבמולקולות RNA מעגליות התרגום עשוי להתקדם גם אחורנית.

מולקולות RNA מעגלי (circular RNA, circRNA) נוצרות בתאים בתהליך שנקרא שחבור לאחור (Back-splicing). תהליך השחבור הרגיל הוא תהליך שבו בזמן יצירת מולקולות RNA שליח, שמכילה את ההוראות ליצירת חלבונים, חלקים לא רלוונטיים נחתכים החוצה ופיסות ה-RNA מחוברות מחדש עם כיוון יצירת ה-RNA. בשחבור לאחור, שתי פיסות RNA מחוברות זו לזו משני הצדדים ליצירת RNA מעגלי. המחקר על המולקולות האלה החל רק בתחילת העשור הקודם, אך כיום כבר ידוע שהן משתתפות במגוון תהליכים ביולוגיים, כגון בקרת שעתוק (העברת המידע הגנטי מ-DNA ל-RNA), בקרת תרגום או פירוק RNA, מערכת החיסון, התפתחות סרטן ועוד. בנוסף, זה כעשור ידוע שחלק ממולקולות ה-RNA המעגלי מתורגמות לחלבונים.

להפוך את כיוון התרגום

לדברי קבוצות המחקר של ז’יליאנג ג’י (Ji) מאוניברסיטת שיאמן ויופנג יאנג (Yang) מאוניברסיטת פוז’ו, RNA מעגלי יכול להית מתורגם גם בכיוון הפוך מהרגיל. תהליך התרגום כולל שלושה שלבים עיקריים. התרגום מתחיל ברצף הנוקלאוטידים AUG, שמתורגם ליצירת החומצה האמינית מתיונין. השרשרת החלבונית מתארכת בתנועה קדימה של הריבוזום, שכל פעם קורא קבוצה של שלושה נוקלאוטידים או “אותיות” (קודון אחד) ויוצר בהתאם חומצה אמינית אחת. התרגום מסתיים באחד משלושת קודוני הסיום UAA, UAG או UGA. בתרגום לאחור, התרגום מתחיל בקודון GUA ומסתיים בקודונים AAU, GAU או AGU.

החוקרים מספקים ממצאים מגוונים לתמיכה בהשערת התרגום לאחור: באמצעות אלגוריתם חישובי הם מצאו כ-2.6 מיליון מסגרות קריאה לאחור (באורך של לפחות 50 אותיות) שנמצאו על כמיליון וחצי מולקולות RNA מעגלי שהתגלו אצל מגוון בעלי חיים, כולל בני אדם. החוקרים השתמשו במאות מאגרי מידע שמתארים מיקום של ריבוזומים על גבי מולקולות RNA, ובעזרת אלגוריתם חישובי נוסף מצאו כ-44 אלף מקרים שבהם ריבוזומים נמצאו על RNA מעגלי במסגרות הקריאה לאחור. 

לאחר מכן, החוקרים חיפשו עדות לקיומם של חלבונים שנוצרו בתרגום לאחור ב-6000 מאגרי מידע של ניסויי פרוטאומיקה – ניסויים שאספו נתונים על כלל החלבונים בדוגמה מסוימת. בניתוח רגיל של התוצאות הם מצאו עדות לכ-300 אלף חלבונים כאלה. גם כשהם החמירו את הפרמטרים לזיהוי החלבונים, עדיין נמצאו כ-60 אלף חלבונים חדשים, כמעט כולם בתאים אנושיים. החוקרים מסבירים זאת בכך שרוב הניסויים הקיימים במאגרי המידע הם על תאי אדם. הם אף מצאו מתאם בין כמות המידע על כל רקמה למספר החלבונים החדשים שהתגלו בה. נוסף על הימצאות “מסגרת הקריאה לאחור”, החוקרים חיפשו גם אתרים שאליהם הריבוזום נקשר לפני תחילת התרגום. ניתוח חישובי מצא מספר רצפים כאלה, שנמצאו תמיד לפני קודון תחילת התרגום במולקולות RNA מעגלי רבות.

על מנת לתמוך בתוצאות, החוקרים פנו לניסויים על תרביות תאים. הם התמקדו ב-RNA מעגלי בשם circCAPN15, שנמצא בתאי אדם, ולפי האלגוריתם החישובי מייצר חלבון באורך 234 חומצות אמיניות בתרגום לאחור. החוקרים השתמשו בשיטות ביוכימיות ומיקרוסקופיות וזיהו את החלבון בתאים. מוטציות בקודון ההתחלה או ברצפים קושרי הריבוזום לפני קודון ההתחלה מנעו את יצירת החלבון, תוצאה שתומכת בהשערה שלפיה ה-RNA אכן מתורגם לאחור. החוקרים חזרו על הניסויים גם עם RNA מעגלי אחר שמקורו בזבובי פירות, והגיעו לתוצאות דומות. בנוסף לכך, החוקרים הינדסו את מולקולות ה-RNA המעגלי כך שייצרו חלבונים זרחניים אך ורק בתרגום לאחור, ומצאו שכך אכן קרה. 

לבסוף, החוקרים שאלו אם לחלבונים הללו יש תפקיד ביולוגי. הם מצאו שמוטציה שמונעת את יצירת החלבון של circCAPN15 גורמת לתאי סרטן להתחלק ולנוע מהר יותר בהשוואה לתאים ללא המוטציה. נראה, אם כן, שהחלבון משתתף בבקרה שלילית על חלוקת התאים ותנועתם, ועל כן הוא עשוי להיות חשוב בחקר הסרטן. שניים מחלבוני הזבובים שמקורם בתרגום לאחור של RNA מעגלי מעורבים ככל הנראה בבקרת שינה, שכן כמות גדולה שלהם במוח גרמה לזבובים צעירים לישון יותר שעות בלילה בלי להשפיע על השינה במהלך היום, אך אצל זבובים מבוגרים היא דווקא גרמה לשינה במהלך היום, ללא השפעה על שינה בלילה.

יותר שאלות מתשובות

כותרת הכתבה, בדומה לכותרת של המאמר עצמו, מסתיימת בסימן שאלה, ולא בכדי. ממצאי המחקר  קוראים תיגר על כל מה שידוע עד כה על תרגום חלבונים, ועל אחת המוסכמות הבסיסיות ביותר בביולוגיה מולקולרית. אף שהחוקרים הביאו ראיות רבות וניסו ודאי לאשש את התוצאות עם מגוון בדיקות וניסויי ביקורת, מספר חוקרים ברשתות החברתיות כבר החלו לערער על הממצאים.

ראשית, אין כלל ראיות– במאמר הזה או במחקרים אחרים – לכך שהריבוזום יכול לשבת הפוך על ה-RNA, ועל אחת כמה וכמה לנוע בכיוון ההפוך. אין גם ראיה לכך שמולקולות ה-RNA המעביר (tRNA), שיודעות לחבר בין הקודון לחומצה האמינית המתאימה, יודעות לשבת הפוך על ה-RNA המעגלי, כמו שהחוקרים משערים. ידוע שהריבוזום יכול לנוע קודון אחד לאחור על מנת לתקן טעויות תרגום, אך כיוון הריבוזום הוא עדיין קדימה. מחקר שפורסם ב”ביוארכיב”, ועדיין לא עבר ביקורת עמיתים, מצא שהריבוזום יכול לסרוק לאחור RNA של נגיף, עד למציאת קודון התחלה מתאים, אצל חיידקים – אך גם במקרה הזה הוא עדיין מכוון קדימה, ולאחר הסריקה לאחור מתחיל תרגום בכיוון הרגיל.

שנית, נטען שבעת ניתוח מאגרי המידע בחלק הראשון של המאמר לא לקחו בחשבון בעיות טכניות וסטטיסטיות שנובעות מאופי הניסויים שמהם נאספו הנתונים, ובעיות אלה גורמות להרבה נתונים שאינם מייצגים ממצאים אמיתיים. השימוש במאות ואלפי מאגרי מידע גם הביא לניפוח כמות הנתונים, כך שסטטיסטית יש אפשרות למצוא את הראיות שמצאו החוקרים – גם אם אין בהן ממש.

שלישית, הניסוי עם החלבון הזרחני מציג יעילות של 0.001 אחוזים (אחד למאה אלף תאים נצבעו בחלבון הזרחני). ייתכן שבתאים המסוימים שנצבעו התרחשו תהליכים נדירים שגרמו להיפוך של ה-RNA המעגלי, או להטמעת הרצף לתוך RNA אחר שמתורגם רגיל, ושהממצאים אין מקורם דווקא בתרגום לאחור.

לבסוף, בניסויים שבדקו תפקידים ביולוגיים יכולים להיות מגוון תהליכים אחרים שמערבים את ה-RNA המעגלי, שאינם תלויים בהכרח בתרגום לאחור אלא בפעילויות אחרות של RNA מעגלי, שלא נבדקו.

המחקר עדיין לא עבר ביקורת עמיתים טרם פרסומו בכתב עת, וייתכן שאם וכאשר הוא יפורסם, ייתווספו אליו ניסויים וממצאים נוספים שיתמכו בטענות החוקרים או יפריכו אותן. כמו כן, מספר חוקרים ברשתות החברתיות כבר כתבו שהם יבדקו אם חלבונים כאלה קיימים בתוצאות של ניסויים במעבדות שלהם. לא נותר אלא לחכות ולראות אם המחקר מציג שינוי פרדיגמה שעשוי להשפיע על המחקר הביולוגי והרפואי בעתיד, או שהוא עתיד למצוא את עצמו בפח האשפה של ההיסטוריה, כמו המחקר שבו נטען כי נמצאו חיידקים מבוססי ארסן – אך התברר שהם חיים למרות הארסן, ולא בזכותו.