שיתוף פעולה ננוטכנולוגי חדשני הביא לפריצת דרך בחקר הסרטן
באדיבות כתב העת Science
—
עודכן לאחרונה
04/01/2011 07:19
במאמר שפורסם בשבוע שעבר בכתב העת Science, הונגרונג ליו, חוקר פוסט-דוקטורנט במיקרוביולוגיה, אימונולוגיה וגנטיקה מולקולרית, ועמיתיו, חשפו מבנה אטומי מדויק של אדנו-וירוס המראה את האינטראקציות בין רשתות החלבון שלו. העבודה מספקת מידע מבני קריטי לחוקרים ברחבי העולם, המנסים לשנות את האדנו-וירוס לשימוש בטיפולים וחיסונים נגד סרטן.
אחד ההיבטים הקשים ביותר של עבודה בקנה מידה ננו- הוא ראייה ממשית של האובייקט עליו עובדים. מבנים ביולוגיים, כגון וירוסים, שהם קטנים יותר מאורך הגל של האור, לא ניתן לראות באמצעות מיקרוסקופים אופטיים וקשה לתפוס אותם בצורתם הטבעית באמצעות טכניקות הדמייה אחרות.
צוות מחקר רב-תחומי מאוניברסיטת UCLA עבד לא רק על ראייה של וירוס, אלא להשתמש בתוצאות על מנת להתאים את הוירוס כך שיוכל להעביר תרופה במקום מחלה.
במאמר שפורסם בשבוע שעבר בכתב העת Science, הונגרונג ליו, חוקר פוסט-דוקטורנט במיקרוביולוגיה, אימונולוגיה וגנטיקה מולקולרית, ועמיתיו, חשפו מבנה אטומי מדויק של אדנו-וירוס המראה את האינטראקציות בין רשתות החלבון שלו. העבודה מספקת מידע מבני קריטי לחוקרים ברחבי העולם, המנסים לשנות את האדנו-וירוס לשימוש בטיפולים וחיסונים נגד סרטן.
על מנת לשנות וירוס לשם טיפול גנטי, חוקרים מסירים את ה- DNA גורם המחלה, מחליפים אותו בתרופות ומשתמשים בקליפת הוירוס, אשר עברה אופטימיזציה באמצעות מיליוני שנות אבולוציה, ככלי הנושא את התרופה.
לילי וואו, פרופ' לפרמקולוגיה מולקולרית ורפואית ומחברת ראשית משותפת של המחקר, ועמיתיה, ניסוי לבצע מניפולציות על האדנו-וירוס לשימוש בטיפול גנטי, אך חוסר המידע אודות קולטנים בפני השטח של הוירוס עיכבו את מאמציהם.
"אנחנו מהנדסים וירוסים על מנת שיעבירו טיפולים גנטיים עבור סרטן הערמונית וסרטן השד, אך באמצעות טכניקות מיקרוסקופיות קודמות לא יכולנו לראות את הוירוסים שהשתנו", אמרה וואו. "זה היה כמו לנסות להרכיב את המרכיבים של כלי רכב בחושך, כאשר הדרך היחידה לראות אם אתה עובד נכון היתה לנסות להפעיל את כלי הרכב".
על מנת לחזות טוב יותר בוירוס, וואו ביקשה את עזרתו של פרופ' הונג ז'ו, פרופ' למיקרוביולוגיה, אימונולוגיה וגנטיקה מולקולרית מאוניברסיטת UCLA, המחבר הראשי השני של המחקר. ז'ו משתמש ב- cryoEM (מיקרוסקופ cryo-electron) על מנת לייצר מודלים תלת מימדיים של דגימות ביולוגיות כגון וירוסים.
לפרופ' וואו, שהיא גם חוקרת במכון מערכות הננו של קליפורניה (CNSI) באוניברסיטת UCLA, נודע על עבודתו של פרופ' ז'ו לאחר שהוא החל לעבוד באוניברסיטת UCLA (לפני כן הוא היה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת טקסס ביוסטון).
לפני כשנה, ברגע שהושלם המעבר של מעבדתו של ז'ו, אחד הסטודנטים של וואו, בשם סוק בון קו, מצא את צוותו של ז'ו והחל את שיתוף הפעולה בין שני הצוותים.
"פרויקט זה מדגים את ההתרגשות שלנו על היותנו חלק ממכון חדשני כמו CNSI", אומר ז'ו. "לא רק שאני יכול לעבוד עם הציוד החדיש ביותר, אלא שבשל היותו של CNSI מרכז מחקר לננו-טכנולוגיה באוניברסיטת UCLA, יש לי הזדמנות לשתף פעולה עם עמיתים מתחומים שונים".
תןך עבודה במרכז הדמיית אלקטרונים לננו-מכונות במכון CNSI, מעבדה המנוהלת על ידי ז'ו, החוקרים השתמשו ב- cryoEM ליצירת שחזור תלת מימדי של אדנו-וירוס אנושי מ- 31815 תמונות בודדות של חלקיקים.
"מאחר והשחזור חושף פרטים עד לרזולוציה של 3.6 אנגסטרום, יש לנו היכולת לבנות מודל אטומי של כל הוירוס, ולראות כיצד החלבונים הוירליים מתאימים ומתקשרים ביניהם", אומר ז'ו. אנגסטרום הינו המרחק בין שני אטומי מימן במולקולה של מים, והאדנו-וירוס כולו הוא בקוטר של כ- 920 אנגסטרום.
מצויידים בהבנה חדשה זו, וואו וצוותה ממשיכים כעת להתקדם עם הגרסאות המהונדסות של האדנו-וירוס לשימוש בטיפול גנטי בסרטן.
"פריצת דרך זו היא צעד גדול קדימה, אך יש עדיין מכשולים רבים שעלינו לעבור", אמרה ז'ו. "אם נצליח בעבודתנו, טיפול זה יוכל לשמש לטיפול ברוב הצורות של הסרטן, אך המאמצים הראשוניים שלנו התמקדו בסרטן הערמונית וסרטן השד מכיוון שאלו הצורות הנפוצות ביותר של סרטן בקרב גברים ונשים, בהתאמה".
הקבוצה עובדת עם האדנו-וירוס מכיוון שמחקר קודם קבע שהוא מועמד טוב לטיפול גנטי בשל היעילות שלו בהעברת חומרים גנטיים בתוך הגוף. הקליפה של הוירוס הוא גם כלי בטוח להעברה. בדיקות הוכיחו שהקליפה אינה גורמת לסרטן, בעיה שנתגלתה בקליפות וירוסים אחרים. האדנו-וירוס הוא יחסית לו פתוגני בטבעו, וגורם רק למחלה זמנית בדרכי הנשימה בקרב כ- 5% עד 10% מבני האדם.
CryoEM מאפשר שחזור ברזולוציה כזו של מבנים ביולוגיים שכן דוגמיות במים, עוברות הדמייה ישירות. לעומת זאת, באמצעות קריסטלוגרפיה של קרני רנטגן, חוקרים מגדלים מבני קריסטלים הבונים העתקים של הדגימה ואז משתמשים בדיפרקציה על מנת לפתור את מבנה הקריסטל. טכניקה זו היא מוגבלת שכם קשה לגדל קריסטלים לכל החלבונים, כמו כן דגימות לקריסטלוגרפיה של קרני רנטגן צריכות להיות טהורות ואחידות, וקריסטלים של תרכובות גדולות עשויות שלא לעבור דיפרקציה לרזולוציה גבוהה. מגבלות אלה גורמות לכך שאזורים קריטיים של פני השטח של האדנו-וירוס אינם ברורים.
המחקר מומן על ידי המכון האמריקאי הלאומי לסרטן ומשרד ההגנה של ארה"ב.
מקור: University of California - Los Angeles
