יצירת תאי המין - ביציות וזרעונים - מופעלת על ידי תוכנית גנטית מורכבת. אחד הגורמים הייחודיים הינו השתקה כמעט מוחלטת של הגנים המקודדים בכרומוזומי המין - X ו- Y. בבני אדם לנשים יש שני כרומוזומי X, ואילו לגברים כרומוזום X וכרומוזום Y. כאשר תאי זרע מתפתחים, מוצאים כרומוזום X וכרומוזום Y זה את זה, וביחד עוברים השתקה (ז"א ביטוי של הגנים המקודדים בכרומוזומים אלה  נפסק). תופעה זו ידועה כבר עשרות שנים, אך מה גורם להשתקה אינו ידוע.

במעבדתי הועלתה השערה כי הכרומוזומים חייבים להיות שלמים לשם ההשתקה. בכדי לבדוק זאת פיתחו תלמיד המחקר ישראל רפפורט ומנהלת המעבדה ד"ר חנה אשש שיטה ייחודית לביקוע כרומוזומים, המבוססת על טכנולוגיית קריספר. הם יצרו מספר שברים בכרומוזום X של התולעת סי אלגנס בשני מקומות בכרומוזום. תוך כדי התיקון נוצרו חצי כרומוזום מעגלי וחצי כרומוזום לינארי (ראו תמונה). הזן הנושא מערך חדש זה זוהה בעזרת טכנולוגיית הרצפה חדשנית שבוצעה במרכז לטכנולוגיות גנומיות שבמכון למדעי החיים. טכנולוגיה זו הנקראת ננופור, מאפשרת זיהוי הרצף של מולקולות ארוכות עד כדי מיליוני בסיסים, ללא הפסקה וללא הגברה. 

הצוות השתמש בסמנים לחלקים השונים של כרומוזום X, שהם למעשה מקטעי DNA ארוכים המסומנים על ידי מולקולות פלאורסנטיות, וכן בנוגדנים הקשורים לשעתוק גנים. אלה נוגדנים המסמנים DNA הארוז עם חלבונים שעוזרים להשתקה, לדוגמא היסטון H3 בעל שתי קבוצות מתיל בעמדה 27. נוגדנים אלה סימנו את הכרומוזום השלם, אבל כמעט ולא סימנו את חצאי הכרומוזומים. במקביל נוגדנים כנגד הקומפלקס המשעתק את ה-DNA, לא סימנו את הכרומוזום השלם, אבל סימנו בצורה חזקה את חצאי הכרומוזום. בעזרת הרצפה של כלל ה-RNA מהתולעים, מדד הצוות בצורה כמותית את עוצמת הביטוי ומצא כי הגנים שקודדו בשני החצאים לא הושתקו. למעשה ההשתקה לא התחילה בהם כלל. 

ביטול ההשתקה גרם לבעיות פוריות קשות, מוות עוברי, ופגיעה במנגנוני תיקון שברי DNA. 

במצבים מסוימים גם כרומוזומים שאינם כרומוזומי מין מושתקים. הצוות בדק מה קורה לכרומוזומים אלה כאשר הם אינם שלמים. מצאנו כי הכרומוזומים שאינם כרומוזומי מין עברו השתקה, גם כאשר שלמותם נפגעה. המסקנה העולה מכך היא שיש מנגנון הבוחן באופן ייחודי את שלמותם של כרומוזומי המין, ורק אם הם שלמים יכולה להתחיל לפעול ההשתקה במהלך יצירת תאי הזרע.

מהו אותו מנגנון הבוחן את שלמות הכרומוזומים?

כיצד ניתן "האישור" להשתקה כאשר כרומוזומי המין שלמים?

מה כל כך מיוחד בכרומוזומי מין המאפשר את המנגנון הזה?

על כל השאלות הללו אנו מנסים כרגע לענות במעבדה.