ג'אם סשן של תאים

אם היינו יכולים לשמוע את תקתוק השעונים הביולוגיים בגופנו, האם הצליל העולה מהתאים היה רועש וצורמני או דווקא מתואם והרמוני? עד לפני כמה שנים, נהוג היה לחשוב שהשעון הראשי במוח פועל כמנצח תזמורת עריץ המכתיב את הטון לכל שאר השעונים בגוף. בשנים האחרונות נחשף כי השעונים ברחבי הגוף עשויים, בתנאים מסוימים, להגיב במנותק מהנחיות הניצוח של השעון הראשי, אך ההתייחסות לכלל השעונים שמחוץ למוח נותרה מקשה אחת. במחקר חדש חושפים מדעני מכון ויצמן למדע כי גם בתוך קבוצה זו יכולה להתקיים שונוּת גדולה, וכי יותר מאשר תזמורת פילהרמונית, מזכיר תקתוק השעונים בגופנו הרכב ג'אז, שבו לנגנים השונים יש חופש פעולה מסוים.

מעבדתו של פרופ' גד אשר מהמחלקה למדעים ביומולקולריים מתמחה בחקר שעונים ביולוגיים – רשתות גנטיות אשר מווסתות את מחזורי היום והלילה בגופנו בתגובה לגירויים שונים: כמות האור בסביבתנו, הרגלי צריכת המזון שלנו, רמות החמצן באוויר, מתח נפשי וגורמים נוספים. במחקר החדש, בהובלת תלמיד המחקר גל מנלה, שמו להם המדענים למטרה לבחון כיצד יגיבו השעונים באיברים השונים כאשר יחול שינוי בסוג גירוי מסוים: צריכת מזון. לשם כך האכילו החוקרים עכברי מעבדה בזמנים לא שגרתיים עבורם – בשעות היום במקום בשעות הלילה – ועקבו אחר ביטוי הגנים בגופם.

המדענים גילו כי היפוך זמני ההאכלה הוליד מופע "ג'אם סשן": אמנם מחוגי השעון בכבד זזו 12 שעות קדימה, בהתאם להזזת זמני ההאכלה, וכך גם השעונים ברקמת השומן, אך לא השעונים באיברים האחרים. כך למשל, השעון בריאות תקתק ללא הפרעה וכלל לא הגיב לשינוי בזמני ההאכלה, בעוד שעוני הלב והכליות הגיבו חלקית וזזו בין ארבע לשמונה שעות בלבד.

מדעני המכון האכילו עכברים בשעות לא שגרתיות וראו כי בעוד השעונים הביולוגיים בכבד וברקמת השומן הגיבו  לשינויים בזמני ההאכלה, שעונים באיברים אחרים הגיבו חלקית בלבד או לא הגיבו כלל

"יש היגיון בכך ששעונים באיברים שונים בגוף ישמרו על מידה מסוימת של עצמאות, שכן כל איבר אחראי לתפקוד אחר ומגיב בהתאם לגירויים שונים מהסביבה", אומר פרופ' אשר, "לפיכך, בהחלט ייתכן שהשעון בריאות, למשל, לא יתאים עצמו לשינויים בצריכת המזון וישמור על התזמון המקורי שלו".

כדי לבדוק אם השעון בכבד, איבר מרכזי בתהליך עיבוד המזון, מווסת את השעונים ברקמות שמחוץ למוח, השתמשו המדענים בעכברים מהונדסים שבהם השעון בכבד אינו פעיל, והשוו את ממצאיהם לממצאים בעכברים רגילים. אף שלא נמצא כי השעון בכבד משפיע על תקתוק השעונים האחרים, התברר כי הוא משפיע בהחלט על הביטוי המחזורי של גנים באיברים השונים, שהגיבו חזק יותר לשינויים בזמני האכילה בעכברים המהונדסים. סיבה אפשרית לכך היא התנודתיות החדה שנצפתה ברמות הסוכר לאורך היממה בדמם של עכברים ללא שעון בכבד. במלים אחרות, השעון בכבד אמנם אינו מווסת את השעונים האחרים, אך הוא מונע תנודתיות ברמות הסוכר בדם, ומשמש בכך "בולם זעזועים" המגן על רקמות הגוף מפני שיבושים באספקת המזון ושומר על ביטוי גנים תקין ברקמות השונות.

"הממצאים שלנו שופכים אור חדש על יחסי הגומלין בין תהליכים מחזוריים ברקמות שונות, והם עשויים לעזור לפענח מה קורה כאשר יחסי הגומלין האלה משתבשים", אומר מנלה. כך למשל, הבנת מנגנוני התיאום בין השעונים השונים עשויה לעזור להבין מדוע שיעורי התחלואה במחלות שונות גבוהים יותר בקרב עובדי משמרות, שהופכים יום ולילה, או בחקירת השפעתן של דיאטות פופולריות, כגון "צום לסירוגין", המכתיבות זמני אכילה מסוימים. הממצאים עשויים גם לשפוך אור על מחלות  מטבוליות, כגון השמנת-יתר וסוכרת, שבהן משתבשת התקשורת בין איברי גוף שונים.

במחקר השתתפו ד"ר אליזבת סבת, ד"ר רונה אבירם, וישנאבי דנדבטה, סער אזגורי, ד"ר מרינה גוליק וד"ר יערית אדמוביץ, כולם במחלקה למדעים ביומולקולריים.