צירוף מקרים נפלא הוביל לכך שפרופ' עדה יונת זכתה בפרס נובל בכימיה עבור חקר הריבוזום, האברון התאי שבונה חלבונים, ואילו פרופ' אברהם הרשקו ופרופ' אהרון צ'חנובר זכו בפרס נובל עבור חקר הפרוטאזום, האברון שמפרק חלבונים.
לחלבונים חשיבות קריטית בחייהם של כל היצורים החיים, כאשר הם מבצעים תפקידים שונים ומגוונים. ישנם חלבונים בעלי תפקיד מבני, למשל חלבונים שבונים את סיבי השרירים. חלבונים אחרים משמשים כאנזימים שמזרזים פעולות כימיות בגוף, או כקולטים שמתריעים לתא על נוכחותן של מולקולות ספציפיות. חלבונים אפילו משמשים תפקיד קריטי במוח, שם הם מרכיבים שליחים עצביים (נוירוטרנסמיטורים) שמאפשרים את התקשורת בין תאי העצב. זוהי הסיבה שמחקר על חלבונים תופס נתח נכבד מהמחקרים בביולוגיה ובכימיה.
בקרה על חלבונים היא חשובה מאין כמוה, בדיוק בגלל החשיבות הגדולה שלהם בכל התהליכים החיים. שתי נקודות מפתח בבקרה על חלבונים הן איך חלבונים נוצרים ואיך חלבונים מפורקים. צירוף מקרים יפהפה הוא שחוקרים ישראלים זכו בפרסי נובל כשענו על שתי השאלות הללו.
פרופ' עדה יונת ממכון ויצמן זכתה בפרס נובל לכימיה בשנת 2009 עבור מחקריה על הבנת המבנה התלת מימדי של הריבוזום. מיהו בדיוק הריבוזום ומה הוא עושה? הDNA שלנו קיים (כמעט) בכל תאי הגוף, והוא מכיל את המידע איך לבנות את כל החלבונים שאנו צריכים, מתי לבנות אותם, ובאילו תאים. כאשר יש צורך בבניית חלבון מסוים, מקטע הDNA הרלוונטי משועתק למולקולה שנקראת RNA שליח, שעוברת תרגום לחלבון המתאים. הריבוזום הוא מבנה שמורכב מצירוף של חלבונים ושל RNA, והוא זה שמפענח את הקוד הגנטי מרצף ה-RNA שליח ומתרגם אותו לחלבון אילו הוא מקודד [1]. פרופ' יונת בצעה מחקרים של קריסטלוגרפיה בקרני X, ובאמצעותם הצליחה לפענח את המבנה התלת מימדי של הריבוזום.
התשובה לשאלה איך חלבונים מפורקים, לעומת זאת, הגיעה ממחקרם של פרופ' אברהם הרשקו ופרופ' אהרון צ'חנובר מהטכניון, שזכו בפרס נובל בכימיה בשנת 2004. הרשקו וצ'חנובר גילו מערכת בעזרתה תאים איאוקריוטיים (תאים בעלי גרעין, בניגוד לחיידקים למשל) מסמנים אילו חלבונים צריכים לעבור פירוק. מסתבר שבתאים אלו מוצמד חלבון קטן ונפוץ בשם אוביקויטין (ubiquitin) לכל החלבונים שמיועדים לפירוק. בתגובה, החלבונים שמסומנים באוביקויטין עוברים לפירוק באברון תאי ייחודי שנקרא פרוטאוזום [2]. חומצות האמינו שמתקבלות בתום הפירוק של החלבונים משמשות לבנייה של חלבונים חדשים, שמתרחשת באמצעות לא אחר מאשר הריבוזום.
מעבר לכבוד וליוקרה, הבנה של מבני החלבונים ופעילותם היא בעלת חשיבות מכרעת בפיתוח טיפולים חדשים: ישנן אנטיביוטיקות שמבוססות על כך שהריבוזום החיידקי שונה מעט מהריבוזום האנושי, ולכן אפשר לעכב את פעילותו בחיידקים מבלי לפגוע בתאים שלנו. אריתרומיצין וכלורמפניקול הן דוגמאות לאנטיביוטיקות שמנצלות את ההבדלים האלו. בזכות עבודתה של פרופ' יונת אנחנו יכולים להבין כיצד פועלות אנטיביוטיות אלו, וכן, אנחנו יכולים לתכנן מולקולות חדשות שיעכבו את פעילות הריבוזום החיידקי [3א, 3ב]. בנוסף, ישנן תרופות שמבוססות על עיכוב של הפרוטאזום שמפרק חלבונים למיחזור, כך למשל בורטזומיב שמשמשת תרופה לסרטן מסוג מיאלומה נפוצה, סרטן דם שמאופיין בפעילות דלקתית מוגברת שקשורה בהתפתחות התכונות הממאירות [4]. כיצד תרופה זו עובדת? במסלול התאי שמפעיל תהליכי דלקת ישנו שלב חשוב של פירוק חלבון מעכב, ורק לאחר שהוא מפורק התהליך יכול להתרחש. התרופה בורטזומיב מונעת את פירוקו של החלבון המעכב בפרוטאוזום, כך שהתאים אינם יכולים להפעיל דלקת [5].
למרות הגילויים המדהימים הללו, נשארו עוד הרבה תהליכים חלבוניים חשובים שעדיין לא לגמרי אופיינו. למשל, לא ברור לגמרי כיצד חלבונים מתקפלים למבנה המרחבי בו הם פעילים, איך התאים מזהים חלבון לא מקופל ואיך כל זה קשור למחלות כמו אלצהיימר והפרה המשוגעת.
אז... מי מרים את הכפפה לנובל הישראלי הבא?