TITIN, הטיטאן בחלבוני גופנו: כגודלו חשיבותו,חלק ב`

לקריאת חלק א' לחץ כאן

TITIN חיוני למבנה הכרומוסום בתהליך המיטוזיס: הכרומוזום בגרעין התא הוא מבנה בעל דרגת  גמישות  גבוהה, השומר על שלמותו  בתהליך  הפיסיקלי  המאומץ של חלוקת התא.

כל כרומוזום אנושי מכיל מולקולת DNA המורכבת מ- 50 עד 250 מיליוני זוגות בסיסים, שהייתה אמורה להתארך למימדים של 1.7 עד 8.5 ס"מ, לולא הייתה עשויה כסליל. כדי שהכרומוזום יוכל להידחס לתוך גרעין התא שאורכו נע בין 5 ל- 20 מיקרון, הוא מתכווץ בתהליך המיטוזיס כדי 10-20% מגודלו המקורי, ובסך הכול מידת הידחסות הכרומוסום היא פי עשרת אלפים מאורכו התיאורטי, ובכך נמנעת יצירת סבכים (tangles) בין כרומאטידים זהים בתהליך החלוקה, או אף בין כרומוזומים בלתי-הומולוגיים שכנים.
תהליך הידחסות הכרומוסום אינו אקראי, שכן כרומוזום בתהליך המיטוזה  בכל סוג תא, שומר על קוטר ואורך מאוד מדויק, ומדידות בשיטת FISH (fluorescence in situ hybridization) במעבדתו שלKoshland  מיפו סמנים סגוליים של DNA, באופן מדויק והדיר לאתרים שונים בכרומוסום הנדחס בשעת המיטוזה.

ב-1998 התפרסם המחקר של Machado  וחב' שהשתמשו בנסיוב אוטו-אימוני של חולים עם סקלרודרמה,  וגילו להפתעתם שנסיוב זה זיהה את החלבון טיטין בכרומוסומים של תאים אנושיים. כן נמצא בשיטות מולקולאריות ואימונולוגיות, שמולקולות טיטין בכרומוזומים כמעט זהות לאלה בתאי שריר, אם כי יש כנראה הבדל בקצה האמיני שלהן. זיהוי טיטין כחלבון כרומוזומי סיפק בסיס לתפקידו במבנה הכרומוזום ועוד יותר מכך, לגמישותו.

ואכן, מדידות ספקטראליות של גמישותם של כרומוזומים מתחלקים בשעת חלוקת התא, קבעו שדרושה נוכחותם של חלבונים ארוכים, המשמשים מעין ציר (axis), והמקנים למבנה הכרומוזום קשיחות או גמישות בשעת הצורך, וטיטין מתאים בתכונותיו למטרה זו. אך ההדגמה הישירה ביותר לתפקיד TITIN במבנה הכרומוסום נבעה ממחקרים בהם יצרו מוטציות בדרגות חומרה שונות בגן המקודד לטיטין בדרוזופילה.

הסתבר שמוטציה בחלבון זה, מעבר לפגיעתה בתפקוד השרירי בזבוב זה , הפחיתה בו את מידת ההידחסות של הכרומוזומים (undercondensation) והגבירה את שבירותם, וכן הביאה לאובדן הדיפלואידיות תוך יצירת רב-פלואידיות (polyploidity), וכן גרמה להפרדה מוקדמת מדי של שני עותקי הכרומאטידים האחים.

נראה שתופעת התת-הידחסות של כרומוזומים בדרוזופילה עם מוטציות בטיטין, מצביעה על חלבון זה כבעל תפקיד חיוני בשמירה על מבנהו המכונס (compacted) של הכרומוזום. באנלוגיה לתפקידו בשריר, ייתכן שהטיטין מספק לכרומוזום תבנית (template) אליה נקשרים ומעוגנים חלבונים אחרים החיוניים להידחסותו כגון  condensin. בדומה, הפגם בתאחיזה של שני הכרומאטידים כתוצאה ממוטציה בטיטין, מרמזת שחלבון זה מארגן או מייצב את מולקולות החלבון cohesin, המאחד את שני הכרומאטידים לפני שלב המעבר מטפאזה-אנפאזה.

השבירות הניכרת בכרומוזומים בדרוזופילה עם טיטין פגום בשעת המיטוזה, היא אולי הראייה היותר משכנעת על חיוניות טיטין בהקניית גמישות לכרומוזום המתחלק. המודל על פיו מספר מולקולות טיטין המוקפות  על ידי כרומטין, משמשות לייצוב הכרומוזום ודאי ישמש בניסויים רבים בעתיד הקרוב.  

על  משמעותם של הופעת נוגדנים לטיטין בנסיוב של חולים ב-myasthenia gravis : בשנת 1990 דווח לראשונה על מציאת נוגדנים עצמיים כנגד טיטין, בחולים עם myasthenia gravis (להלן מ"ג), מחלה אוטו-אימונית המתאפיינת בעייפות וחולשה של שרירים משורטטים. בערך ב-15% מחולי מ"ג מתפתחת גם טימומה, ואילו ב-65% מהם מופיע שגשוג (hyperplasia) של הטימוס.

האטיולוגיה של מ"ג מייחסים בעיקר לתגובה חיסונית עצמית עם הקולטן לאצטילכולין בממברנה הבתר-סינפטית. אך בחולי מ"ג רבים, בהם המחלה התפרצה מעל גיל 60 שנה ומאובחנת בהם גם thymoma, מוצאים נוגדנים עצמיים למרכיבי שריר אחרים. כך לדוגמא נמצאו בחולי מ"ג נוגדנים המגיבים עם אקטין, מיוזין ו-α actinin, ומאוחר יותר נתגלו בחולים אלה נוגדנים כנגד תמצית חומצת-לימון של שריר משורטט (CA), המהווים מדד רגיש וסגולי לנוכחות thymoma בחולי מ"ג.

נראה שהופעת שאת זו של הטימוס במ"ג,  כרוכה ברוב המקרים גם בנוכחות של נוגדנים עצמיים לקולטן ל-ryanodine הנמצא בתעלות שחרור הסידן בשריר שלד ובשריר הלב.

עניין רב ביותר מופנה לאחרונה דווקא לעבר משמעות הנוגדנים לטיטין בחולי מ"ג, ומחקרם של Yamamoto וחב' העלה ממצאים רבים: מסתבר שבחיסון חיות כנגד מולקולה שלמה של טיטין, הנוגדנים המתפתחים מכוונים תמיד כנגד אותו אזור  (epitope) המוכר כ-MIR ( main immunogenic region).

אזור ה-MIR שהוא אימונוגני במיוחד, נכלל בתוך פפטיד שגודלו 30 ק"ד המכונה MGT30, המהווה למעשה רק 1% ממוליקולת הטיטין השלמה, אך משמש כסמן אנטיגני רגיש לאיתור נוגדנים סגוליים לטיטין.

המחקר האחרון נערך במדגם גדול של 398 חולי מ"ג, והראה שב-80% בין אלה עם thymoma נמצאו נוגדנים לטיטין, ואילו רק ב-11% בין חולי מ"ג ללא מפגע זה בטימוס נקבעה נוכחות נוגדנים אלה. במקביל נסקרה קבוצת בקרה ובה 237 פרטים בריאים בגיל מעל 65 שנה, או כאלה עם מחלות אוטו-אימוניות אחרות או עם מחלות עצב-שריר שונות כטרשת נפוצה או תסמונת Guillain-Barre בהם לא נמצאו כלל נוגדנים כנגד טיטין. מעבר למסקנה שנוגדנים לטיטין סגוליים ביותר למ"ג, נמצא שנוגדנים אלה אינם מופיעים בחולי מ"ג עם שגשוג  של הטימוס, והִמצאם בנסיוב של חולי מ"ג הצעירים מגיל 60 שנה מגביר את החשד של מציאות thymoma.

לעומת זאת, מציאות נוגדנים לטיטין בחולי מ"ג ללא thymoma, אופיינית לתת-קבוצה עם התפרצות מאוחרת (late onset) של המחלה. ממצאים אלה דומים לאלה של Romi וחב' שמצאו נוגדנים לטיטין ב-95% מחולי מ"ג עם טימומה, ב-58% בין חולי  מ"ג  בהם  החלה  המחלה  מעל  גיל 50 נמצאו הנוגדנים, אך רק ב-10% מבין החולים עם התפרצות מוקדמת של המחלה. קיים מתאם בין חומרת המחלה לבין מציאות נוגדנים לטיטין בחולי מ"ג עם התפרצות מחלה מאוחרת, אם כי אין מתאם בין חומרת המחלה וכייל הנוגדנים. 

סקר על תפקוד השרירים בחולי מ"ג באזור ברגן, נורווגיה, תוך התייחסות לרמת הנוגדנים לקולטן לאצטילכולין ולטיטין התפרסם לאחרונה.

מסקנת סקר זה היא שנוכחות thymoma  כשלעצמה אינה קשורה להחמרת התסמינים במ"ג. יתרה מכך, ייתכן שתגובה אימונולוגית של נוגדנים (humoral) לאנטיגנים ברקמת השריר השונים מהקולטן לאצטילכולין (כגון טיטין או הקולטן ל-ryanodine), עלולה להחמיר את המחלה, עד כדי המסקנה שנוגדנים אלה עשויים לשמש סמנים פרוגנוסטיים חשובים להערכת המחלה ללא קשר למציאות thymoma. ואמנם, 10 חולי מ"ג שהיו במעקב עד ל-6 שנים נמדדו לחומרת מחלתם תוך התבססות על סולם Osserman: נמצא שבמקביל לשיפור משמעותי במדדי המחלה בין שתי נקודות זמן נתונות, הייתה דעיכה מתונה של 43% בתגובת הנוגדנים הנמדדים בנסיוב חולים אלה לקולטן לאצטילכולין, ולעומתה רמת טיטין שנמדדה הייתה נמוכה משמעותית פי 4.7 בממוצע, עם השיפור במדדי המחלה.

גם Somnier  וחב'  במדידות EMG מצאו שמחלת השריר (myopathy) בחולי מ"ג עם התפרצות מאוחרת, הייתה מובהקת יותר באלה עם נוגדנים לטיטין במדידות  EMG,  ולהערכתם מציאות נוגדנים לטיטין עלולה לתרום למיופתיה זו .

מדוע מפתחים חולי מ"ג מסוימים נוגדנים לטיטין ?

לא ניתן להסביר זאת על רקע משני של הרס של תאי שריר על ידי נוגדנים לקולטן לאצטיל-כולין, וחשיפת חלבון טיטין בתאי השריר הפגועים, שהרי לא התגלו נוגדנים לטיטין בחולי מ"ג עם התפרצות מוקדמת  ללא טימומה, לאורך שנים של מחלה גם אם היא מלווה בשגשוג הטימוס.  

נראה שמנגנון יצירת נוגדנים לטיטין בחולי מ"ג עם טימומה שונה מזה של יצירת נוגדנים  לקולטן לאצטילכולין בחולים אלה, ונוצרת כנראה העדפה לשגשוג לימפוציטים מסוג T בתוך השאת  של הטימוס המגיבים עם טיטין, והם המביאים לסינתזת הנוגדנים לחלבון שריר זה.

מה מקור החשיפה של לימופוציטי T בתוך שאת הטימוס לאנטיגן חלבוני ענק המצוי בשריר משורטט?

Skeie וחב' זיהו בטכניקות PCR ו- Southern blotting עותקים של mRNA של טיטין בתוך מסת הטימומה, ואמנם הנוגדנים לטיטין הראו צביעה אימונוהיסטוכימית חיובית של תאי אפיתל בתוך הטימומה, שהייתה בולטת ביותר בתאי אפיתל ב-cortical thymoma.

מעניין לציין שעותקי mRNA של טיטין כמו גם טיטין עצמו מופיעים בתאים דמויי-שריר (myoid cells) המצויים ברקמת טימוס בריאה וגם בהיפרפלזיה של הטימוס בחולי מ"ג, ואף על פי כן לא מוצאים נוגדנים לטיטין באנשים בריאים או בחולי מ"ג עם התפרצות מוקדמת של  המחלה  בהם  נצפתה  היפרפלזיה  של  הטימוס.  יצויין שלא ניתן למצוא תאי myoid ברקמת טימומה,  וביטוי mRNA של טיטין מוגבל לתאי האפיתל הסרטניים בשאת זו של הטימוס. 

למרות שאין כל הוכחה שהנוגדנים לטיטין כשלעצמם יכולים להשרות שינויים בתאי שריר השלד, עצם מציאות נוגדנים כאלה מצביעה על תהליך פתולוגי העלול להשפיע, בנוסף למנגנון העיקרי של פגיעה  בתפקוד  עצב-שריר  ע"י  נוגדנים  עצמיים  לקולטן  לאצטילכולין.

משמעותם הפתולוגית האפשרית של נוגדנים עצמיים לטיטין תזכה קרוב לודאי לעניין רב שהרי ידוע כבר זמן רב שאין כל מתאם בין כייל הנוגדנים לקולטן לאצטילכולין ודרגת חולשת השריר בחולי מ"ג רבים. יתרה מכך, כיוון שבחולי מ"ג עם התפרצות מאוחרת של המחלה נוטים למצוא רמה נמוכה יותר של נוגדנים לקולטן האצטילכולין, חשוב להבין מה תפקיד הנוגדנים לטיטין בחולים האחרונים בהם בדרך כלל חומרת המחלה רבה יותר.      

לסיכום,  כאשר התפרסמו בשנות ה-40 עבודותיו של Szent-Gyorgi להסבר מנגנון כיווץ השריר,  הייתה  זו  פריצת  דרך  של  ממש: העובדה שהחלבון מיוזין הוא גם אנזים בעל פעילות ATPase, המביא על ידי פרוק ATP להגברת הזיקה בין מיוזין ואקטין החיונית לכיווץ השריר, מהווה יסוד להבנת מנגנון הפעולה של השריר זה עשרות שנים.

אך דומה שבביולוגיה המודרנית אין דבר קבוע יותר מן הארעי, וחלבונים או אנזימים חדשים  הזורקים אור על מנגנונים פיסיולוגיים או פתולוגיים, נחשפים תכופות. וכך בספרי הלימוד הנחשבים ביותר בביוכימיה שהתפרסמו עד 1996 בפרק על השריר ופעולתו, עדיין מופיע שמיוזין מהווה כ-65% ממסת השריר, אקטין תופס כ-20 עד 25%, ואילו הטרופונינים והטרופומיוזין הם החלבונים המהווים ביחד את החלק הנותר במסת השריר. ולכן בולטים ההפתעה, הסקרנות ואף ההתרגשות בשפע המאמרים ודברי  המערכת המלווים את  גילוי טיטין מאמצע העשור הקודם. וכיון שחלבון זה  גדול ומורכב כל כך, אין ספק שהבנתנו את תפקידו בפעולת השריר אינה אלא בראשיתה.

ואם צריך המחשה נוספת שעדיין לא הכול שריר בהבנת פעולת השריר, הנה לאחרונה התווסף חלבון נוסף שלא ידענו על קיומו לחלבוני הסארקומר, בדיווח של  Young וחב'.

חלבון גדל מימדים בעל משקל מולקולארי של 800 ק"ד המכונה obscurin   (כמוס, בלתי-ידוע), מבוטא בשרירי השלד והלב, ומורכב אף הוא מיחידות מבנה חוזרות של Ig ו-FN3.

מסתבר שהקצה הקרבוקסילי של חלבון זה מגיב עם הקצה האמיני של טיטין המעוגן בקו Z של הסארקומר, והתפקיד המיוחס לו הוא בקישור יוני סידן ל- calmodulin, ואולי אף בהעברת אותות בתיווך חלבון G בסארקומר. אכן, פעולת השריר זוכה להארה מחודשת.

בברכה, פרופ' בן-עמי סלע