המונח גדילת תאים (באנגלית "Cell-Growth") משמש לתיאור מספר מושגים הקשורים להתפתחות התא: גידול בנפח התא ובמסת מרכיביו הוא תהליך אחד. גידול במספר התאים, אשר הינו תוצאה של חלוקתם (מיטוזה), הינו תהליך נוסף. שני תהליכים אילו כרוכים זה בזה, תחת מערכת בקרה אחת הקובעת את קצב התפתחותה של רקמת תאים ואת כיוון התמיינותה.
אירועי הגדילה, החלוקה וההתמיינות הינם חלק מהתרחשות סדרתית המכונה מחזור התא. מחזור התא הוא שם כולל לסדרת האירועים המתרחשים במהלך חייו של התא, מרגע היווצרותו מחלוקת תא הורה, עד לחלוקתו שלו. סדרת התהליכים נחשבת מחזורית כיוון שהיא מתחדשת שוב ושוב מחלוקה לחלוקה. ישנם מנגנוני בקרה השולטים בקצב מחזור התא, בעצירתו, עיכובו וחידושו. שאלתך נוגעת למנגנוני בקרה אילו, אך ראשית אתאר בקצרה את השלבים המחזוריים.
תרשים של מחזור התא: למחזור התא יש נקודת עצירה אחת בלבד (באנגלית – Restriction point), והיא לפני תחילת שכפול הגנום (מסומנת בקו אדום). תא שהחל לשכפל את ה-DNA שלו "מחויב" להשלים את השכפול ולבצע מיטוזה. לאורך מחזור התא קיימות נקודות ביקורת מנגנוניות (באנגלית, Checkpoints - מסומנות בעיגול אדום). נקודות אילו הן מנגנונים מולקולריים שתפקידם להבטיח את איכות התהליך, כלומר לוודא שמצב הגנום תקין לפני תחילת שכפולו, לוודא ששכפול ה-DNA הושלם כהלכה ושלא נוצרו נזקים (מוטציות) במהלך השכפול, ולוודא את איכות המיטוזה ואת חלוקת הגנום לתאים הצאצאים. המנגנונים המולקולריים של כל אחת מנקודות הביקורת, מסוגלים לזהות כשלים, לגייס מנגנוני תיקון (למשל מנגנוני תיקון של נזקי DNA), ובמידה ויש נזקים חסרי תקנה, לאתחל אפופטוזיס (הליך של מוות תאי), ולסמן לסביבה החיצונית על כך.
שלבי מחזור התא
1. לאחר היווצרות תא חדש (מחלוקת תא הורה), השלב הראשון במחזור התא הוא שלב הגידול – G1. בשלב זה נפחו של התא גדל, ומתבצעים בו תהליכים המאפשרים עלייה משמעותית של מסת החומרים בו. במידה ותא זה נועד לתפקד ברקמה מסוימת, מבלי לבצע חלוקה, יישאר התא תקוע בשלב זה ולא ימשיך את מחזור התא. כניסה לשלב כזה (G0) מאפיינת תאים שעברו התמיינות סופית לרקמה אשר אינה מסוגלת לחדש את עצמה, אלא באמצעות שילוב של תאי מוצא אשר מספקים לה תאים חדשים. ברקמות מסוימות, הכניסה לשלב G0 אינה בלתי הפיכה, ותא יכול אחרי השהייה מסוימת להמשיך את מחזור החלוקה.
2. השלב הבא במחזור התא הוא שלב שכפול ה-DNA (שלב-S). בשלב זה מוכפל ה-DNA על מנת שיהיו 2 עותקים של הגנום – אחד לכל תא צאצא.
3. לאחר השלמת השכפול נכנס התא לשלב ההתכוננות לחלוקה. בשלב זה (G2), לאחר ווידוא שהתא מוכן לחלוקה, 2 עותקי הגנום נדחסים ונבדלים זה מזה, והמעטפת סביבם (מעטפת גרעין התא) מתפרקת.
4. שלב החלוקה = מיטוזה = שלב M כולל את הפרדות עותקי הגנום והתרחקותם זה מזה, את חלוקת התא ואת חידוש מעטפות הגרעין בתאים הצאצאים.
מחזוריות הגידול והחלוקה של יצורים חד תאיים: ניתן לראות שבתנאי סביבה שונים (הבדלים בזמינות מזון) אורך מחזור התא שונה, כפונקציה של הזמן הדרוש להתפתחות התא. כאשר הסביבה דלה במזון, קצב צבירת המסה של התא איטי ומחזור התא מתארך.
עד כאן הדגמתי בעיקר, שקצב גידול התא נקבע על ידי שווי משקל בין תהליכי צבירת המסה, שכפול הגנום וחלוקת התא - אשר מהווים את הכוח המניע לגידול במסת ובמספר התאים; לבין מנגנוני בקרת האיכות, אשר לא מאפשרים גידול מהיר מדי אשר יפגום באיכות התאים הצאצאים. שיווי משקל זה מייצג את בקרת הגדילה של יצורים חד תאיים, אשר מתחרים מול תאים אחרים על משאבי הסביבה שלהם. עבור אורגניזמים אילו, אשר אין להם מגוון של מסלולי התמיינות ואינם חלק ממערכת רב תאית, האתגר השרידותי הוא להתחלק באופן איכותי, כמה שיותר מהר, בהתאם למגבלות המשאבים של הסביבה.
ביצורים רב תאיים, הבקרה על מחזור התא היא הרבה יותר מורכבת. הבקרה על התאים מתרחשת בעיקר בשלב G1, משום שזהו השלב בו קורים 2 דברים מרכזיים: ראשית, בשלב זה נמצאת נקודת העצירה - הקובעת האם התא ייכנס למחזור חדש, ישכפל את הגנום ויבצע חלוקה. שנית, בשלב ה-G1 מתרחשים עיקר אירועי ההתמיינות של התאים. "החלטות" אילו הן תוצאה של המצב בו מצוי התא ושל "ההוראות" שהוא מקבל מהסביבה החוץ תאית.
"הוראות" אילו הן למעשה הסביבה הכימית בה התא נמצא ופקטורי הגידול (באנגלית, Growth-Factors) אליהם הוא נחשף. פקטורי גידול הם מולקולות כגון חלבונים או ליפידים (שומנים), אשר להם השפעה על כיוון התפתחות התא (באנגלית, Cell fate = "גורל התא"). חומרים אילו עשויים להיות מופרשים על ידי תאים ברקמות רחוקות, או על ידי תאים שכנים. חלקם אף אינם מופרשים, אלא ממוקמים על גבי התאים השכנים ונמצאים בנקודת המגע בין התאים. פקטורי הגידול יכולים להוות מעודדי חלוקה, מעכבי חלוקה או מכווני התמיינות. הסביבה הכימית ויכולת התא לחוש אותה, משתקללים לכדי הוראות המכווינות את התפתחות התא.
לעתים תא יכול להיות "לא ממושמע", כלומר לשקלל את הסביבה הכימית בשונה מהתכנית ההתפתחותית של האורגניזם. לרוב, תא כזה יזוהה ויושמד על ידי המערכת החיסונית של הגוף. לעתים נדירות הוא אינו מזוהה, ממשיך להתחלק בניגוד לייעודו כתא ממוין, וכך עשוי להתפתח גידול שפיר או סרטני.
כיום מוכרות עשרות מולקולות, המתפקדות כפקטורי גידול ומשפיעות על התפתחות התא. אחד האתגרים של מדעי הביולוגיה ההתפתחותית וחקר תאי הגזע כיום, הוא ללמוד את "השפה" הכימית הזו. כלומר, ללמוד איך סוגים שונים של תאים "מפרשים" את ההוראות הכימיות השונות. מיפוי פקטורי הגידול ותגובת התאים אליהם, עשוי לאפשר בעתיד לשלוט בהתמיינות תאים בצורה מספיק טובה, אשר תאפשר יצירה מדויקת של רקמות מחוץ לגוף.
מאת: דניאל בן-הלוי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
