בריאות מתוזמנת

על חשיבותו של השעון הביולוגי

english

כתבות

תאריך: 12 מרץ, 2018
מקור: 
WEIZMANN MAGAZINE VOL. 13

כדור הארץ זקוק לכ-24 שעות כדי לבצע סיבוב אחד סביב צירו, וכל צורות החיים הרגישות לאור על הכוכב כוללות שעונים ביולוגיים פנימיים המתכוננים מראש ומסתגלים למחזור יומי זה. התעוררות, עבודה, אכילה, משחק, שינה וחוזר חלילה. מוורד ועד קרנף, מפטרייה לאדם - לכולנו יש קצב יומי המכונה בלשון המדע שעון ביולוגי (בלועזית circadian, מהביטוי הלטיני circa diem, שפירושו סובב יום). בשנים האחרונות, גוף הידע בנושא השעון הביולוגי גדל בצורה דרמטית. כיום, מדענים מבינים כי השעון הביולוגי מסדיר את דפוסי השינה ומשפיע על הפרשת הורמונים, על מטבוליזם, על חום גוף ועל תפקודים נוספים. שעון ביולוגי שממהר או מאחר עלול לגרום לקצב לא סדיר שי שלו השלכה על בעיות בריאות שונות, כולל נדודי שינה, מחלות נפש, השמנת יתר וסוכרת. למעשה, השעון הביולוגי משפיע על הכל – מביצועים באתלטיקה – יש סיכויים טובים יותר לשבור שיאיי עולם אחרי הצהריים מאשר בבוקר – ועד ליכולת אנליטית.

side image 0

היום, ברור שאופי הקיום שלנו על כדור הארץ המבוסס על 24 שעות, אכן חיוני לחיינו. הבנה זאת השתקפה בעובדה שפרס הנובל בפיזיולוגיה או רפואה הוענק ב- 2017 לג'פרי הול, מיכאל רוסבאש ומיכאל יאנג על גילוי המנגנון המולקולארי המפקח על השעון הביולוגי. פרופסור גד אשר, מהמחלקה למדעים ביומולקולריים במכון ויצמן למדע, המכנה את עצמו "כרונו ביולוג", הגיע גם הוא לתובנות חשובות בתחום זה. הוא צופה שפרס הנובל יעורר במדענים את המודעות הכה חשובה להשפעת השעון הביולוגי על כל תחומי המדע – ובמיוחד ברפואה ובבריאות.

"חשיבותו של השעון הביולוגי שבגופנו - על כל היבט פיזיולוגי והתנהגותי - נחשב תמיד לאנקדוטה" הוא אומר. "אבל כעת, הולכת וגדלה ההבנה לגבי המנגנון המולקולרי המעורב בכך ולגבי ההשלכות הרפואיות שלו. חשוב לא רק מה אתה אוכל אלא גם מתי אתה אוכל; חשוב מתי לוקחים תרופות מסוימות. הכל קשור לתזמון".

תזמון הוא הכל

בעוד שמדענים וגם אנשים מן השורה העריכו מזה מאות שנים כי אור היום והחושך משפיעים על החיים על פני כדור הארץ, רק בשנות השבעים של המאה ה-19 החלו מדענים להבין את המנגנון הגנטי האחראי לסנכרון השעון הביולוגי של צמחים, בעלי חיים ובני אדם לסיבוב של כדור הארץ. בשנת 1970, פרופסור סיימור בנזר מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech) והסטודנט שלו, רונלד קונופקה, היו הראשונים להוכיח כי מוטציות בגן לא ידוע גרמו הפרעה בשעון הביולוגי של זבובי פירות. הם כינו גן זה בשם "מחזוריות", מונח מדעי הקשור לתדירות. בשנת 1984, ד"ר ג'פרי הול (תלמיד של בנזר) וד"ר מיכאל רוסבאש, שעבדו בשיתוף פעולה הדוק באוניברסיטת ברנדייס בבוסטון, ובמקביל ד"ר מיכאל יאנג באוניברסיטת רוקפלר שבניו יורק, הצליחו לבודד גן זה והשיגו גילויים חשובים בתחום.

הצוות מברנדייס גילה ש- PER, החלבון המקודד על ידי הגן מחזוריות, מצטבר בתאי הגוף בשעות הלילה ומתפרק בשעות היום, כך שהרמות שלו משתנות בקצב מסוים במחזוריות של 24 שעות. לאחר מכן הם הניחו כי PER מווסת בעצמו את רמתו, כלומר, נוכחותו חוסמת את פעילות גן המחזוריות. אבל כיצד? כיצד יכול חלבון שמרחף בתא להשפיע על הדי-אן-אי בגרעין? התשובה הגיעה בשנת 1994 כאשר ד"ר יאנג גילה גן-שעון נוסף, אותו כינה בשם "נצח", אשר מקודד את החלבון TIM. הוא הראה כי כאשר TIM מתחבר ל-PER, הם יוצרים צמד דינמי שמסוגל לחדור לגרעין שבו PER מונע את עבודתו של גן המחזוריות. באמצע שנות ה- 90 היה ברור שכל האירועים התאיים הללו תורמים ליצירת לולאת המשוב הנמצאת בליבו של השעון הביולוגי.

השאלה הבאה הייתה: כיצד מושג הדיוק שלו – המקבילה הביולוגית של שעון גריניץ' (GMT)? דר יאנג זיהה גן נוסף שכונה "זמן כפול" (doubletime) שמקודד את החלבון DBT שמסדיר את רמות PER ו-TIM במהלך היום. גילוי הפעילות ההדדית הזאת הניח את היסודות לגיבוש העקרונות הבסיסיים העומדים מאחורי האופן שבו שעונים ביולוגיים יוצרים מקצבים צירקדיים (מקצבים בני 24 שעות) ומפקחים על תזמונם.

שעון העל

עם שעונים מיניאטוריים עצמאיים בכל תא, מדענים ביקשו לדעת כיצד הכל מתואם בצורה כל כך מושלמת. כלומר, היכן נמצא השעון השולט בגוף? התברר, שלכל יצור יש אחד כזה, ובבעלי חוליות, כולל בני אדם, שעון העל מורכב מכ-20,000 נוירונים שיוצרים מבנה הקרוי הגרעין העל-תצלובתי (SCN) – שם גדול לחלק זעיר בהיפותלמוס במוח. ה- SCN מקבל קלט מעצב הראיה שמעביר אותות מהרשתית.

וכך, ל-SCN יש קו קלט ישיר חד סטרי מהעיניים שמעביר מידע לגבי כמות האור הנראה – אשר כמובן משתנה באופן תקופתי בכל 24 שעות.

בדרך זאת, שעון העל מווסת על ידי השמש. אותות אור השמש מדליקים ומכבים גנים שונים ב- SCN ובכך מכוונים מחדש את שעון העל שלנו ובאמצעותו – את המקצב הצירקדי שלנו. ה-SCN עצמו מפקח על יצירת ההורמון מלטונין, שגורם לישנוניות. כאשר יש פחות אור, SCN גורם ליצירת כמות גדולה של מלטונין ולהירדמות. וכך, השעונים הזעירים ברחבי הגוף הופכים לחלק ממחזור השינה-ערות הכללי של הגוף.

רגישות זאת לאור מסבירה מדוע אנשים סובלים מג'ט לג כאשר הם מחליפים אזורי זמן. כאשר קיים הסט ביחס בין המקצב ההתנהגותי לבין מחזור האור, יש לכוון מחדש את המקצב ההתנהגותי – תהליך שמתרחש בתוך מספר ימים, כפי שהנוסעים יודעים היטב, בדיוק בזמן שצריך לחזור הביתה ולחוות שוב ג'ט לג.

מחקרים שונים בנושא מבוצעים כיום בנושא הקשר בין המערכת החיסונית והמקצב הצירקדי. מדענים אחדים אף הציעו כי הודות לקצב הפעולה של המערכת החיסונית עצמה, יתכן כי יהיה יעיל יותר לקבל חיסונים מסוימים בבוקר ולא אחר הצהריים. האפקטיביות של תזמון מתן תרופות מסוימות בהתאם למקצב הצירקדי עשוי לסייע למטופלים הסובלים ממחלות והפרעות שונות.

יתרה מכך, יש חוקרים הסבורים כי סנכרון החיים שלנו עם מקצב צירקדי נכון עשוי להשפיע לחיוב על איכות החיים שלנו – כמו כיוון מדויק כאשר אנחנו מנסים להיכנס להריון, כפי שפרופסור אשר מציע. ייתכן שעם הזמן, הוא מוסיף, נהיה מסוגלים לקבוע את הזמן האופטימלי לנטילת תרופות (עם שעונים שונים לסוגים שונים של תרופות), אכילה ואף ניתוחים. "כל כך הרבה תרופות פועלות יחד עם אנזימים שמבוטאים בצורה קצבית – פעילותם של חלק גדול מהאנזימים בגופנו מתנהלת על פי מקצבים צירקדיים" הוא אומר.

Prof. Gad Asher is supported by the Adelis Foundation, the European Research Council, and the Yeda-Sela Center for Basic Research.

Prof. Gad Asher

Prof. Gad Asher