מחסן המידע התורשתי

כמעט כל תא בגופנו מכיל עותק שלם של כל ה-DNA שלנו – מולקולה ארוכה ומורכבת שאוצרת בתוכה את המידע התורשתי הדרוש ליצירת החלבונים הנחוצים לתפקודו התקין של כל תא ותא בגוף. יוצאי הדופן היחידים הם כדוריות הדם האדומות, שבנויות אחרת, וכן חלק מתאי העור הבוגרים שמאבדים עם הזמן את ה-DNA שלהם.

ה-DNA מורכב משרשרת ארוכה של אבני בניין קצרות שמכונות בסיסים, או ליתר דיוק נוקלאוטידים. לנו, בני האדם, יש ב-DNA שלנו כשלושה מיליארדי זוגות נוקלאוטידים – כמות עצומה של מידע. כמעט כולו תחום בתוך גרעין התא – אברון זעיר שקוטרו מגיע בממוצע לכשישה מיקרומטר (מיליוניות המטר). ועם זאת, אם נמתח את ה-DNA שבגרעין של תא אחד למלוא אורכו, נגלה שהוא מגיע בערך לשני מטרים. אפשר להשוות את הדחיסה המרשימה הזאת לליפוף של חוט באורך של 40 קילומטר בתוך כדור טניס בודד.

מה שמאפשר את הדחיסה היעילה הזאת הם חלבונים שנקראים היסטונים. ה-DNA מתלפף סביבם, ועל ידי כך נדחס במלואו בתוך הגרעין. כל מקטע כזה של חומר גנטי דחוס מכונה כרומוזום.

איור של מרכיבים בכרומוזום - נוקלאוזום (מבנה המכיל DNA והיסטונים), היסטון וסליל כפול של DNA | מקור: VectorMine, Shutterstock

זוגות זוגות

ה-DNA של כל אדם מגיע משני הוריו הביולוגיים. במהלך ההפריה, 23 הכרומוזומים שנמצאים בתא הזרע של האב מצטרפים ל-23 הכרומוזומים בביצית של האם ומרכיבים יחד את כל המטען הגנטי של הצאצא. 22 מהכרומוזומים  זהים בצורתם אצל האב והאם ויוצרים אצל הצאצא זוגות שקולים זה לזה. הזוג האחרון הוא כרומוזומי המין, שההרכב שלהם שונה אצל זכרים ונקבות: לנקבות יש בדרך כלל שני כרומוזומי X, ואילו לזכר יש כרומוזום X אחד שקיבל מאימו, וכרומוזום Y, קצר יותר, שירש מאביו. אם כן, בכל תא פרט לתאי המין (הביצית והזרע) יש 46 כרומוזומים, המורכבים מ-22 זוגות של כרומוזומים רגילים (אוטוזומליים) ועוד שני כרומוזומי מין.

הצורה של הכרומוזומים היא דינמית ומשתנה לפי הצורך. יש בכרומוזום אזורים שמכילים גֵנים – רצפי הוראות לייצור חלבון ספציפי – שדרושים לתא במועד מסוים, לצד כאלה שאינם נחוצים לו. למשל יש גֵנים שפעילים במהלך ההתפתחות העוברית, אך אין בהם יותר צורך אחרי הלידה.

אזורים שנמצאים בהם גֵנים שהתא זקוק להם הרבה יחסית יהיו פתוחים יותר ודחוסים פחות מאזורים אחרים בכרומוזום. האזורים הפתוחים והסגורים של הכרומוזומים נקבעים על פי סוג התא והמצבים שעימם כל תא נדרש להתמודד. לדוגמה, אזורים בכרומוזום מסוים שיישארו דחוסים בתאי עָצָב עשויים להיות פתוחים בתאי לבלב, שכן מצויים בהם גֵנים החשובים לתפקודיו הייחודיים של הלבלב – למשל ייצור ההורמון אינסולין. היכולת הזאת לבחור אילו גֵנים להביא לידי ביטוי בכל תא חיונית לתפקוד התקין של הגוף.

הכרומוזומים מגיעים לדחיסות המרבית שלהם כשתא מתחלק לשני תאים זהים, בתהליך שנקרא מיטוזה. לפני שהתא מתפצל, הוא משכפל את כל הכרומוזומים שבו, כדי שבכל אחד משני התאים החדשים יהיה עותק מלא של החומר התורשתי כולו. בעת החלוקה הכרומוזומים קצרים בערך פי עשרת אלפים מהאורך הרגיל שלהם. במצב הזה גם קל במיוחד לראות את הכרומוזומים במיקרוסקופ.

לקראת חלוקת התא הכרומוזומים מגיעים לדחיסות מרבית ואז אפשר לראות אותם במיקרוסקופ. כרומוזומים (צבועים) של אדם במיקרוסקופ אלקטרונים | מקור: Science Photo Library

פגמים ומנגנוני הגנה

בקצות הכרומוזומים יש מבנים המורכבים מרצפי DNA שחוזרים על עצמם. לרצפים האלה, שנקראים טלומרים, אין משמעות גנטית משל עצמם, ותפקידם הוא להגן על קצות הכרומוזומים כדי שלא ייצמדו זה לזה וכדי למנוע פגיעה אפשרית בגֵנים. הטלומרים מתקצרים בכל פעם שהתא מתחלק, עד שלא נותר עוד טלומר והתא אינו יכול להתחלק יותר. מקובל כיום להניח שמנגנון ההתקצרות הזה ממלא תפקיד משמעותי בתהליך ההזדקנות של תאים.

הכרומוזומים חיוניים לתפקוד התקין של גופנו, ולכן אין פלא שפגמים בהם עלולים להזיק לנו. פגמים כאלה יכולים לבוא לידי ביטוי במבנה הכרומוזום או בכמות הכרומוזומים, כלומר עודף כרומזומים או מחסור בהם.

אחת הדוגמאות הידועות לפגמים כאלה היא תסמונת דאון, שנוצרת כשאדם נולד עם שלושה עותקים של כרומוזום מספר 21 במקום זוג. העודף הזה בא לידי ביטוי במבנה פנים אופייני, מוגבלות שכלית התפתחותית, סיכון למומים בלב ותסמינים נוספים. לעומת זאת, תסמונת טרנר נובעת דווקא ממחסור הכרומוזום. לסובלות מהתסמונת יש רק כרומוזום X אחד, או אחד שלם ואחד חלקי, ולכן גם כולן נקבות. התסמינים כוללים בעיות התפתחותיות, עקרות, בעיות בלב ועוד.

לעיתים עלול לקרות גם שמקטע מכרומוזום אחד יעבור בטעות לכרומוזום אחר. גם כך, אף על פי שלכאורה כל החומר התורשתי קיים, המיקום השגוי שלו משפיע על התפקוד. דוגמה לשיבוש כזה היא "כרומוזום פילדלפיה" שבו מקטע מכרומוזום 9 מתחבר בטעות לכרומוזום 22. התוצאה היא נטייה מוגברת לחלות בסרטן הדם מהסוג שנקרא לוקמיה מיאלואידית כרונית.

כרומוזומים, אם כן, הם הצורה שבה רוב החומר התורשתי שלנו מאורגן ומאוחסן בגרעין התא. המבנה התקין שלהם חיוני לתפקודם של התאים, הרקמות והיצור החי כולו.

חקר הכרומוזומים הוא נדבך חשוב במדעי החיים, ועל כן אין פלא ששני פרסי נובל שונים הוענקו למדענים שחקרו אותם. בשנת 1933 זכה בפרס תומס מורגן (Morgan) על הגילוי שהגֵנים אכן נמצאים על גבי הכרומוזומים ושיש קשר בין גֵנים ספציפיים לכרומוזומים שעליהם הם נמצאים. בשנת 2009 הצטרפו לזוכים אליזבת בלקברן (Blackburn), קרול גריידר (Greider) וג'ק שוסטק (Szostak) בזכות מחקריהם על הטלומרים.

הכרומוזומים מלווים אותנו בכל שלב בחיינו החל מההיריון, דרך חיינו הבוגרים ועד לזקנה. ככל שנבין אותם יותר לעומק, נוכל לשפוך אור נוסף על מגוון הדרכים שבהן הם משפיעים על חיינו, ואף לטפל בבעיות הקשורות אליהם כמו סרטן והזדקנות.