12384 מאמרים - מנוע לחיפוש מאמרים - פרסום מאמרים חינם

נושא המאמר: נסיון דני 11-04
מאת: מיכל לזרוביץ    שמור מאמר למועדפים

על "לידתו" של חלבון קטן, בעל חשיבות מרכזית במשק הברזל בגופנו: הֶפּסִידִין (Hepcidin) חלק א' פרופ' בן-עמי סלע, מנהל המכון לכימיה פתולוגית, מרכז רפואי שיבא, תל-השומר; החוג לגנטיקה מולקולארית וביוכימיה, פקולטה לרפואה, אוניברסיטת תל-אביב. "מכונת הגוף המופלאה"- זו שאנו נתונים בתוכה, או שמא היא נתונה בתוֹכֵנוּ, ממשיכה להפתיע אותנו ללא הרף. כל יום אנו לומדים מחדש את סוד קיומנו, בגילוּיָם של חלבונים חדשים, ואנזימים שלא ידענו על קיומם, ומנגנונים עלומים שנסתרו מאיתנו עד כה, והם מסבירים לכאורה התרחשות מחלות ותופעות פתולוגיות שהציקו לנו מאז ומתמיד. ומפתיע עד כמה תכופים הגילויים הללו: אין חודש שאין אנו מתבשרים בו על אנזים "חדש", ועל חלבון "חדש" או על מנגנון "חדש", והמירכאות הכפולות המעטרות את המילה "חדש", מבקשות להדגיש שכל הפרטים הללו שאנו מגלים בימים אלה, אינם חדשים כלל לגופנו, והם היוו חלק מאיתנו משחר האנושות, מיום שהתהליך האבולוציוני המופלא הגיע למסקנה שנשלמה מלאכתו, והפיח לראשונה רוח חיים באדם. אך מעבר להתלהבות ולתחושת "הראשוניוּת" המלווה את המדענים כשהם מתבשרים על עוד מרכיב בגופנו שנחשף לראשונה, לא נוכל להתכחש לצורך להודות בכך שכל מה שאנו יודעים כיום על פעולת הגוף בבריאות ובחולי, משקף לכאורה אך את קצה הקרחון, ועוד רב הנסתר על הגלוי. ולהמחיש את שנאמר למעלה, הבה נתעכב על חלבון קטן ושמו hepcidin, שהתגלה לנו רק בשנת 2001, ושחשיבותו מכרעת במשק הברזל בגוף, ועלילותיו לבטח יתבררו ביתר-שאת בהמשך.

ברזל כידוע הוא יסוד חיוני ביותר בגוף שמהווה חלק מחלבוני אגירה כגון המוגלובין ומיוגלובין. אדם בוגר במשקל 70 ק"ג, מכיל בגופו כמות כוללת של 3.5 עד 4.0 גרם ברזל, כאשר כ-2.5 גרם, או שני שליש מכמות הברזל הכוללת, מתרכזת בחלבון המוגלובין שבכדוריות הדם האדומות, והיא חיונית לתהליך קישור והעברת החמצן לרקמות הגוף. כ-300 מיליגרם מסך הברזל בגוף הוא חלק מחלבון הקטן מיוגלובין הנמצא בתאי שריר, ועוד כמות דומה של ברזל קשורה לחלבונים חיוניים דוגמת ציטוכרומים המשתתפים בתאי חמצון-חיזור ליצירת אנרגיה. ברזל מהווה גם חלק באנזימים מחמצנים-אוֹקסידאזוֹת, המייצרים לדוגמה תרכבות עתירות חמצן כגון פּראוקסידים רעילים בתוך תאים כמקרופאגים לצורך השמדת מיקרואורגניזמים הפולשים לגוף. מאזן הברזל בגוף מוֻוסת בעיקר על ידי ספיגת ברזל מהמזון בתריסריון המעי, ומנגנון זה בהחלט מורכב. הברזל במזון יכול להופיע בשתי צורות: א. כחלק ממכלול ה-heme שהוא הגרעין של חלבונים כמו המוגלובין ומיוגלובין, וספיגתו במעי תתאפשר על ידי החלבון HCP1 או heme carrier protein 1, שהתגלה לאחרונה בתאים בתריסריון הידועים כאנתרוציטים ; ב. כאטום מבודד של ברזל ואז הוא יופיע בדרך כלל כברזל תלת ערכי (ferric) או Fe+3, שיכול להיספג במעי רק לאחר חיזורו לברזל דו ערכי (ferrous) או Fe+2. חיזור זה נעשה על ידי אנזימים כגון מערכת ציטוכרום B בתריסריון, ואז נכנס לפעולה חלבון טרנספורט נוסף הידוע כ-DMT1או divalent metal transporter 1. אך על מנת שהברזל הדו-ערכי ה"כלוא" ברירית המעי יוכל לעבור לדם, הוא חייב לעשות את הדרך ההפוכה, דהינו שוב להתחמצן לברזל תלת ערכי, ולכך נדרשים אנזימים מחמצני-ברזל הידועים כ-ferro-oxidases. מעניין לציין שאחד החלבונים החשובים בדם, צֶרוּלוֹפּלַזְמין, המשמש בעיקר כנשא של נחושת בדם, הוא גם בעל תכונות של מחמצן ברזל מצורתו הדו-ערכית לתלת-ערכית. הברזל המחומצן נקשר אל החלבון המשמש בדם כנשא של ברזל, הלא הוא טרנספרין transferrin)). לחלבון נשא זה יש אמנם 6 אתרי קישור או קולטנים אליהם יכול ברזל להיקשר, אך במצב פיסיולוגי תקין, רק 2 מתוך 6 אתרי קישור אלה "תפוסים". כך נע החלבון הטרנספרין כשהוא טעון בשני אטומי ברזל, ומוביל אותם לתאי היעד כגון תאים רֶטיקוּלוֹציטים שהם השלב המקדים של יצירת האריתרוציט הבשל במח העצם, שהרי לקראת הבשלת תא הדם האדום הוא זקוק לברזל ליצירת ההמוגלובין. אך כמובן שישנם תאי יעד נוספים כמו הֶפּאטוֹציטים בכבד, שם בדרך כלל מאוחסן הברזל כאשר הוא קשור לחלבון האגירה שלו, ferritin. המנגנון בו פורק טרנספרין את "מטען" 2 אטומי הברזל שלו לתאי היעד מן המרתקים ביותר, והוא פוענח בזמנו במחקר הקלאסי של אחד הביולוגים המזהירים של המחצית השנייה של המאה ה-20, Richard Klausner, שזיהה ותאר את הקולטנים לטרנספרין הממוקמים על פני ממברנת התאים אליהם מיועד הברזל, ומנגנון קליטת הברזל בתאים אלה. כאשר הברזל נמצא בציטופלסמת תאי היעד שלו, הוא נקשר לשני סוגי חלבונים האוגרים אותו לטווח ארוך, ומשחררים אותו לדם בשעת הצורך: פֶריטין (Ferritin) שהוא חלבון האגירה העיקרי, וכן הֶמוֹסידֶרין (hemosiderin) שנמצא בדרך כלל בתאים מיוחדים שנמצא בכבד ובטחול והידועים כתאי Kupfer). מעניין לציין שלמרות שכמות הברזל היומית המומלצת בדיאטה מערבית אופיינית עומדת על 15 עד 20 מיליגרם למבוגרים, מסתבר שכמות הברזל שהגוף מאבד מדי יום בהפרשות הגוף, אינה עולה בממוצע על 1.5-2.0 מיליגרם בגברים ועד 2.5 מיליגרם בנשים בגין איבוד הדם במחזור החודשי. לגוף יש מנגנון מתוחכם המשמר את חלק הארי של הברזל המשתחרר מתאי דם אדומים מתים, ומנצל אותו מחדש. כידוע, אורך החיים שלך כדורית דם אדומה (אריתרוציט) הוא כ-120 יום, כאשר בתום פרק זמן זה, מתפרקת הכדורית האדומה ותכולת ההמוגלובין שלה משתחררת. הברזל שהוא חלק מהמוגלובין המשתחרר מדי יום מוערך בכ-20 מיליגרם, וכ-90% ממנו נקלט וממוחזר ונאגר בכבד ובטחול במה שמכונה RES או reticuloendothelial system. כך למעשה רק כ-2 מיליגרם ברזל אובדים מהגוף מדי יום, וזוהי כמות הברזל שצריכה להגיע מהמזון. בבני אדם, אין מנגנון הפרשה פיסיולוגי של ברזל, מה שמחייב מטבע הדברים, ששמירת המאזן התקין של ברזל בגוף, תתקיים דווקא על ידי וויסות ספיגת הברזל מהמזון במעי. ואמנם, עד כה המנגנון של ספיגת הברזל על ידי תאים אנתרוציטים בחלק העליון של התריסריון במעי היה בלתי מפוענח, עד אשר הגיע הגילוי של החלבון הֶפּסידין בשנת 2001 ובעזרתו אנו יכולים להסביר כיום את מנגנון הפיקוח על ספיגת והתנהלות הברזל בגופנו. אך כדי להדגיש עוד יותר את ההפתעה והמקריות של גילוי hepcidin בשנת 2001 נדגיש שכאשר פרסם Thomas Ganz שפרסם לראשונה על חלבון זה, הוא אף לא ידע מה תפקידו העיקרי בגוף. הוא תאר במאמרו את העובדה שהוא זיהה בשתן של בני-אדם חלבון קטן יחסית, המורכב בסך הכול מ-25 חומצות אמיניות, והוא מצא שחלבון זה מיוצר בכבד, ושיש לו תכונות אנטי בקטריאליות וכן שהוא מסוגל לפגוע בשמרים. שמו המקורי של חלבון זה היה LEAP-1או Liver-expressed antimicrobial peptide, שאמנם ביטא את העובדה שהוא מיוצר בכבד ויש לו כנראה תפקיד הגנתי בהשמדת חיידקים ושמרים בלתי רצויים. בהמשך טבע Ganz את השם HepCidin משמע חלבון ממקור כבד בעל תכונות משמידות חיידקים. אך כבר באותה שנה פרסמה קבוצה צרפתית בראשות Nicolasאת ממצאיה שקשרו לראשונה את hepcidin עם וויסות ספיגת הברזל במעי ואגירתו בתאים כמו מקרופאגים. גם הצרפתים הגיעו לממצא זה באופן לא מתוכנן ובדרך המקרה: הם עבדו עם זן מוטנטי של עכברים בהם המשובש תהליך וויסות של גנים שונים בכבד, המושפע דווקא מגלוקוזה. התברר להם שבעכברים אלה יש אגירה רבה של ברזל ברקמות של אזור הבטן, שרמת הברזל בדמם עולה בהרבה על הקיבולת של החלבון קושר הברזל-טרנספרין, וכך ברזל חופשי מסתנן מן הדם לרקמות השונות, והוא מצטבר בעיקר בכבד בבלוטת הלבלב ואף בלב. ממצא בלתי צפוי זה של שיבוש במאזן הברזל, הביא את החוקרים הצרפתים לנסות ולהשוות את המטען הגנטי של העכבר המוטנט עם זן העכבר התקין, שהוא למעשה זן המוצא התקין (wild type) ממנו נוצר העכבר הפגום. כך בודד Nicolas עותק של פיסת DNA, המקודד לחלבון hepcidin, שהיה אמנם זהה לאותו חלבון ש-Ganz דיווח על גילויו בשתן בני-אדם בתחילת אותה שנה, 2001 . בהמשך נמצא שהסינתזה והרמה של hepcidin בכבד, עולות באופן משמעותי בעכברים בהם נוצר באופן ספונטאני מצב של רמת יתר של ברזל. כיוון ש-Nicolasהגיע כבר אז למסקנה שיצירתו של hepcidin בכבד עשויה להיות מוגברת במצבים של רמת יתר של ברזל, הוא החליט ליצור זן של עכבר טרנסגני, בו נעשתה מניפולציה גנטית הגורמת לו לייצר בכבד hepcidin בעודף. באופן לא מפתיע, הסתבר שעכבר זה נולד חיוור ביותר כתוצאה מאנמיה קשה על רקע חסר ניכר של ברזל, והוא נפטר סמוך ללידתו. עוד ראייה חותכת לקשר הישיר בין יצירת Hepcidin בכבד לבין רמת הברזל בגוף, נובעת ממחקר אחר בו נבחנו עכברים בה התפתחה שאת סרטנית מסוג אֲדֶנמָה בכבד, בה התאים הסרטניים יוצרים hepcidin בעודף. מסתבר שעכברים אלה עם עודף יצירת hepcidin, פיתחו אנמיה על רקע חסר של ברזל, למרות שהזינו אותם בדיאטה עשירה בברזל. ממצאים אלה הדגימו שיותר מאשר hepcidinפעיל או משמעותי כחלבון הגנתי להשמדת חיידקים, הוא חשוב יותר באיזון רמת הברזל בגוף: בחסר ברזל יצירתו בכבד קטנה, ואילו בעודף ברזל הוא נוצר ביתר על מנת שיוכל לווסת ולהוריד את רמת הברזל. עוד פרט מעניין המתייחס לסינתזה של hepcidin בכבד: בתאי הכבד hepcidin נוצר כחלבון קוֹדמן (precursor) המכיל 84 חומצות אמיניות, ולאחר ביקוע אנזימטי הוא הופך לחלבון הפעיל בעל 25 חומצות אמיניות, וכן נוצרים עוד 2 גרסאות קצרות שלhepcidin עם 22 ו-20 חומצות אמיניות, אלא שפעילותן הביולוגיות של שתי צורות אלה פחותה בהרבה. כעת אנו מגיעים לשאלה מהו מנגנון הפעולה של hepcidin, שהרי חלבון זה כשלעצמו אינו מסוגל לקשור באופן ישיר ברזל כפי שעושים זאת טרנספרין ופריטין. מסתבר שפעולתו של hepcidin מתבצעת דרך חלבון חשוב נוסף שאף זהותו התבררה בשנים האחרונות, ferroportin, שמו מעיד על תפקידו: החלבון האחראי על הוצאת ברזל מהתאים בהם הוא נאגר, מקרופאגים, תאים אנתרוציטים במעי והפאטוציטים בכבד, וכן להעברת ברזל מהאם לעובר דרך השליה, כאשר בכל אלה יש למעשה שחרור ברזל לפלסמה. גם גילוי ferroportin לא היה ישיר ומובן מאליו: בשנת 2001 התפרסם חלבון בתאי האנתרוציט במעי שכונה MTP1 או metal transporter protein 1, אך מיד התברר שחלבון זה מתבטא גם בתאים מקרופאגים בטחול, בכבד ובמח העצם. כמו כן נמצא שכאשר מבטאים תאים ביתר את החלבון הזה, רמת הפריטין-קושר-הברזל בתוך אותם תאים מתדלדלת, וממילא גם רמת הברזל התוך-תאי. בדיעבד, נמצא שחלבון ה-MTP1 זהה למעשה לחלבון שזוהה בשנת 2000 בתאי התריסריון על ידיMcKie וכונה על ידו כ-IREG-1 או iron-regulated transporter-1, והיום יודעים ששני החלבונים האחרונים אינם אלא ferroportin. החלבון האחרון הוא טרנס-ממברנאלי, דהינו חלבון הממוקם בתוך ממברנת התאים באופן שהוא חוצה אותה כאשר קצהו הפנימי שקוע בתוך ציטופלזמת התא ואילו חלקה החיצוני משתרבב החוצה אל מחוץ לתא. נמשיך ונדון ב-hepcidin במאמר ההמשך. בברכה, פרופ' בן-עמי סלע

[email protected]