בין חושך לאור

מדעני המכון מדדו את רמות הליפידים בגרעיני התא ובמיטוכונדריה בזמנים שונים ביום, וגילו כי כשליש מהליפידים שנמדדו מפגינים שינוי יומי באברונים. הממצאים עשויים להעיד על חשיבות הזמן בתהליכי חיים בסיסיים.

בין אם אנחנו משכימי-קום או ינשופי-לילה, גופנו נשלט על-ידי שעונים פנימיים ("שעונים צירקדיים"), אשר מכתיבים שגרה יומית של כ-24 שעות. שעונים אלה הם מוקד המחקר במעבדה של ד"ר גד אשר, מהמחלקה למדעים ביומולקולריים במכון ויצמן למדע. השעונים הביולוגים פועלים בכל אורגניזם הרָגיש לאור, ולמרבה ההפתעה, לפני מספר שנים התגלה שהם "מתקתקים" בכל תא בגוף, אפילו כאשר התאים מופרדים מהגוף. התגלית בדבר שעונים תאיים עצמאיים הציתה את שאלת המחקר של תלמידת המחקר רונה אבירם, בהנחיית ד"ר אשר: האם יש שעונים צירקדיים גם באברונים תוך-תאיים? לכך יש חשיבות רבה מבחינה אבולוציונית, שכן התשובה עשויה להעיד על היררכיה בהתפתחות השעון: אם ברמת המולקולות, התא, האיבר, או האורגניזם השלם. הזמן, איפוא, חשוב בארגון ובתיאום תהליכים ביולוגיים שונים אצל בעלי-חיים, החל מן הביוכימיה הבסיסית שלהם.

כדי לענות על השאלה, האם יש שעונים צירקדיים גם באברונים תוך-תאיים, יש להתמודד עם השאלה "איך אפשר למדוד את הזמן או את פעילות השעון?" למשל, הבוטנאי קארולוס ליניאוס הגה במאה ה-18 את ה"הורולוגיום פלוריאה", "שעון הפרחים", שבו כל שעה ביממה מיוצגת בפתיחת עלי כותרת בפרחים שונים, פעילות שבה שולט השעון הפנימי שלהם. "איך אפשר לראות את הזמן שעובר? איך יודעים אם יש שעון, ואם כן – מה השעה?", שואלת אבירם, ומסבירה: "מחקרים רבים משתמשים בשינויים בביטוי גנים, מפני שגנים רבים מתבטאים ברמות שונות במהלך היום, או בשינוי ברמת הפעילות של חלבון כלשהו. כדי לבחון זמן באברונים צריך למצוא מכנה משותף להשוואה ביניהם. לכן, בחרנו לבחון את הרמות היומיות של מטבוליטים מסוג ליפידים, כלומר מולקולות שומן. השומנים נמצאים הן בגרעין התא והן במיטוכונדריה, והם מעניינים במיוחד מפני שהם משמשים גם כתווך בררני בין האברון לבין סביבתו והם גם פעילים בתהליכים תאיים רבים".

המדענים מדדו את רמות הליפידים השונים מסביב לשעון בגרעיני התא ובמיטוכונדריה שבידדו מכבדים של עכברים אשר קיבלו גישה בלתי-מוגבלת למזון. מתוך כלל המדידות הם בדקו את התוצאות של ליפידים אשר מגיעים לשיא אחד במהלך 24 שעות, כלומר אלו המפגינים התנהגות צירקדית (יומית). שתי התגליות שעלו מהתוצאות הן אלו: יש שינויים גדולים מאוד בליפידים במהלך היום – 30% מהליפידים שנמדדו מפגינים שינוי יומי באברונים, והשיאים הצירקדיים הופכיים בין האברונים. בגרעין התא, רוב הליפידים הללו הצטברו בעיקר בתחילת היום, בשעות האור, ואילו במיטוכונדריה נרשמה התנהגות הפוכה, כשרוב הליפידים הצטברו בתחילת הלילה, בשעות החושך. כך הפכו השומנים למעין מחוגים של שעון, שכן הימצאותם ברמות שיא מעידה על השעה באותו אברון.

החוקרים ביקשו לבדוק את השפעת שעת האכילה על המקצב היומי של הליפידים באברונים. במצב של האכלה בלתי-מוגבלת, עכברים אוכלים 70% מהמזון בשעות הפעילות שלהם, בלילה. לכן, בשלב זה הגבילו החוקרים את ההאכלה ללילה בלבד, והפרופיל של הליפידים התהפך – בגרעין עבר שיא הליפידים מתחילת היום לתחילת הלילה, ובמיטוכונדריה הוא עבר מתחילת הלילה לתחילת היום. בעקבות תופעה זו שיערו המדענים, שיש מנגנון אשר קושר בין הפעילות באברונים, ושומר את הצימוד של היחס ההפוך בין שיאי הליפידים.

בבדיקה שהתבצעה בעכברים מוטנטיים שהשעון הצירקדי שלהם אינו פעיל והם הואכלו בלילה, לא נמצא שיא מובהק של ליפידים באף אחד מהאברונים; היה פיזור שלהם במהלך היממה. החוקרים משערים, שהשעון הצירקדי עשוי לתווך בקשר בין האברונים בהיבט הזה. מחקרים עתידים עשויים לענות על השאלה, אם הקצביות שנצפתה באברונים השונים מקורה בשעון שמצוי ופועל בכל אחד מהאברונים, או שמא היא תוצאה של שעון מרכזי אחד אשר משפיע באופן ייחודי על כל אחד מהאברונים.