ביה”ס הבינתחומי לבריאות חברה ומדע |
מדעי המעבדה הרפואית
B.Med.Lab.Sc.
לימודי מעבדה מעשיים - מקצוע לחיים

מעבדת מחקר

מעבדתה של ד"ר איילת ארבל-עדן בשיתוף עם פרופ' אמריטוס גיורא שמחן

תחום המחקר במעבדה: התרחשות מוגברת של מוטציות חדשות במהלך המיוזה

המגוון הגנטי של פרטים ואוכלוסיות במרבית היצורים סביבנו מתקבל כתוצאה ממוטציות ומתהליכי רקומבינציה של גנים וכרומוזומים. המאורע המרכזי שמוביל למגוון גנטי ביצורים אאוקריוטים הוא תהליך המיוזה (Meiosis) שבו נוצרות גמטות האפלואידיות (כגון תאי ביצית וזרע) שמאפשרות רבייה מינית. במיוזה, נצפתה עליה משמעותית בקצב המוטציות, בהשוואה לחלוקה מיטוטית (חלוקה וגטטיבית/סומטית). עלייה בשיעור המוטציות נמצאת בעיקר באתרים בהם מתרחשים אירועי רקומבינציה בגנום.

המחקר במעבדה שלנו מתמקד בהבנת המנגנונים הגנטיים והמולקולריים שמביאים להתרחשות המוגברת של מוטציות במהלך המיוזה. במעבדתנו משתמשים בשמר האפייה (S. cerevisiae) כמודל אאוקריוטי רב-עוצמה, בו ניתן לבצע מניפולציה גנטית בנוחות.

חשיבות המחקר

להתרחשות מוגברת של מוטציות במיוזה יכולה להיות השפעה ישירה על היווצרות מוטציות הגורמות למחלות גנטיות. יתרה מכך, לתדירות המוטציות המתקבלות במיוזה יש השפעה מרחיקת לכת על תהליכים אבולוציוניים שונים כגון קצב ההשתנות של יצורים, שכן רק תאים לאחר מיוזה תורמים לאבולוציה.

*בתמונה - חברי המעבדה (משמאל לימין): אוסמה מנסור (תלמיד לתואר דוקטור), פרופ' אמריטוס גיורא שמחן (PI), ד"ר דרורה צנוירט (עוזרת מחקר במעבדה), ד"ר איילת ארבל-עדן (PI), ראשת החוג למדעי המעבדה הרפואית, קרן ציון (תלמידה לתואר מאסטר), ליאת מרציאנו (תלמידה לתואר מאסטר), רננה אלגרבלי (תלמידה לתואר מאסטר)

תחומי המחקר הנחקרים כרגע במעבדה

1. תזמון אירועי המוטציות והמעורבות של דנ"א פולימראזות שגיאתיות בהיווצרות מוטציות במהלך המיוזה.

רוב המוטציות בגנום נוצרות בזמן שדנ"א חדש עובר סינטזה ע"י פולימראזות. עיקר סינטזת הדנ"א ביצורים אאקריוטים מתרחש בשלב S של מחזור התא. מכאן, שדנ"א פולימראזות הן מועמדות מרכזיות להשפעה על היווצרות מוטציות חדשות. בפרוייקט מחקר זה אנו מתמקדים בבדיקת הזמן המדוייק בו מוכנסות עיקר המוטציות במיוזה. מצאנו, כי רוב המוטציות אינן מתרחשות במהלך סנטזת הדנ"א בזמן הרפליקציה (S-phase), אלא במהלך הפרופאזה ה-I של המיוזה – בשלב שבו נוצרים השברים הדו-גדיליים בגנום לקראת תהליך הרקומבינציה. בנוסף, אנו בוחנים כעת את המעורבות של דנ"א פולימראזות שגיאתיות בהווצרות מוטציות במהלך המיוזה.

2. בדיקה ישירה ברמת המולקולה הבודדת, של מוטציות באתרים חמים לרקומבינציה (Recombination hot-spot) לאחר מיוזה.

רקומביציה הומולוגית במיוזה מתחילה בשבירת דנ"א דו-גדילית (DSB). שבירה זו מתרחשת באופן מבוקר בעשרות אתרים בגנום השמר ובגנום של אאוקריוטים אחרים כדוגמת האדם. שבירה זו מתרחשת בשכיחות גבוהה יותר באתרים "חמים" לרקומבינציה (Recombination hot-spot). אחד האתרים החמים ביותר לשבירה בגנום השמר מצוי על כרומוזום III, בסמוך לגן ARE1. בפרוייקט מחקר זה, אנו משתמשים בפריימרים ספציפיים לאלל רצוי (allele-specific primers) על מנת להגביר ב-PCR מולקולות דנ"א בודדות שמקורן באירועי רקומבינציה שונים במיוזה. תוצרי ה-PCR הללו ישלחו לריצוף במטרה לבחון את השינויים הגנטיים שהתרחשו בהם. האנליזה הביואינפורמטית של רצפים אלו תאפשר לנו לקבוע את תדירות המוטציות בקרבת אזורי השבר, את סוג המוטציות, כמו גם את המרחק שלהן מנקודת השבירה החמה בסמיכות לגן ARE1.

3. ההשפעה שיש לגנים המעורבים ברקומבינציה הומולוגית על היווצרות מוטציות במהלך המיוזה.

המנגנון המולקולרי שנמצא בבסיס התרחשות מוטציות de-novo במיוזה איננו ידוע כלל. ברור כי קיים קשר בין היווצרות מוטציות לבין אירועי רקומבינציה הומולוגית (שחלופים). תהליך הרקומבינציה הוא אירוע לינארי מסודר ומבוקר, וקיימים לנו מוטנטים שעוצרים את התהליך בנקודות שונות לאורכו. מטרת הפרוייקט הזה היא לבחון את השלב המדוייק בו מצטברות מוטציות במהלך אירועי הרקומבינציה, באמצעות מוטנטים החסרים גנים מיוטים ספציפיים כגון: Spo11, Dmc1 ואחרים. בשלב זה הראנו, כי התרחשות של מוטציות במיוזה תלויה באופן מלא בשבירה דו-גדילית של הדנ"א, אירוע שמתרחש ע"י האנדונוקלאז הספציפי Spo11.

4. המעורבות של דנ"א פולימראזות רפליקטיביות בהתרחשות מוטציות במהלך המיוזה.

דנ"א פולימראזות רפליקטיביות, כדוגמת פולימראז דלתא (e) ואפסילון (d) הן פולימראזות מדוייקות ומהיימנות מאוד, בעלות תפקיד מרכזי בהכפלת הגנום האאוקריוטי גם במיוזה וגם במחזור התא המיטוטי. בפרוייקט זה אנו בוחנים היפותיזה לפיה פולימראזות אלו הן האחראיות להתרחשות עיקר המוטציות במיוזה. מכיוון שפעילות פולימראזות אלו הינה הכרחית בתא, נדרשת בפרוייקט זה עבודה עדינה עם מוטנטים של הפרדת תפקידים (Separation of function) כגון pold-ct , pold-FI הפוגעים בפונקציות מסויימות של הפולימראז אך עדיין מאפשרים סינטזת דנ"א סבירה במיוזה. פרוייקט מחקר זה נמצא כעת בתחילת דרכו.

מעט מפעילות המעבדה:

 

ראיון עם ד"ר איילת ארבל-עדן ועם פרופ' גיורא שמחן בדו"ח השנתי של הקרן הלאומית למדע, תשע"ח 2017/18
ליצירת קשר עם ד"ר איילת ארבל-עדן, ראשת החוג למדעי המעבדה הרפואית

*המחקר מתנהל בשיתוף עם פרופ' גיורא שמחן במכון למדעי החיים, המחלקה לגנטיקה באוניברסיטה העברית, קמפוס גבעת רם.

הבוגרים שלנו