בעקבות הזכייה בפרס נובל: מהו השעון הביולוגי?
החוקרים האמריקאים ג'פרי הול, מייקל רוזבך ומייקל יאנג, יחלקו את פרס נובל לרפואה לשנת 2017 על גילוי השעון הצירקדיאני - חיבור של שני מונחים בלטינית: circa – "סביב" ו- dies – "יום" – כלומר "סביב יממה". איך השעון הזה משפיע עלינו ועל מצב הבריאות שלנו?
סיבוב כדור הארץ סביב צירו גורם ליצירת מחזורים יומיים של אור וחושך. רבים מהיצורים החיים על פני כדור הארץ הסתגלו למחזורים הללו והגבילו את פעילותם ליום או ללילה.
כבר במאה ה-18 הבינו מדענים כי ליצורים מסוימים יש שעון ביולוגי פנימי, בזכות עבודתו של האסטרונום הצרפתי ז'אן-ז'אק דורטו. הוא גילה כי עלי צמח המימוזה נפתחים ונסגרים בהתאם לתנאי הסביבה גם כשמחזיקים אותם בסביבה חשוכה לגמרי. כלומר – יש מנגנון פנימי שגורם לעלים להיפתח ללא תלות באור שמגיע מבחוץ.
הזוכים בפרס. גילו כיצד השעון הביולוגי עובד בתאים(צילום: EPA)
המנגנונים המולקולריים של השעון הביולוגי
חתני פרס נובל ברפואה השנה הם המדענים שפענחו את המנגנון המולקולרי של השעון וגילו כיצד הוא פועל בתאים. בשנות ה-70 התגלה כי מוטציות בגן שלא היה ידוע שיבשו את המקצבים היומיים של פעילות אצל זבובי הפירות, החוקרים קראו לגן המסתורי period כלומר "זמן".בשנת 1984 בודדו את הגן ג'פרי הול (Hall) ומייקל רוזבאך (Rosebach) מאוניברסיטת ברנדייס, שליד בוסטון. הם מצאו כי התוצר שלו, חלבון שקיבל את הכינוי PER, מצטבר בתא במהלך הלילה ורמותיו יורדות במהלך היום, כלומר לכמות החלבון יש מקצב יומי. הם העריכו כי השינוי הזה הוא תולדה של לולאת משוב שלילית, החלבון עצמו מונע ייצור של עוד חלבון וכך מבקר את הרמות שלו באופן רציף ומחזורי.
ב-1994 זיהה מייקל יאנג (Young) מאוניברסיטת רוקפלר בניו יורק גן נוסף של השעון, ונתן לו את השם timeless או "אל-זמני". יאנג מצא כי התוצר של הגן הזה, חלבון בשם TIM, נקשר אל החלבון PER וביחד שניהם נכנסים אל הגרעין התא, שם הם יכולים לעכב את תהליך הביטוי של גנים שונים, ביניהם period ויוצרים את המשוב השלילי, המגביל את ייצורו של חלבון PER.
הפיזיולוגיה של המחזוריות
העבודות האלה הובילו להבנה שבבסיס השעון הביולוגי קיים מנגנון מולקולרי המורכב מלולאות משוב של ביטוי גנים, שפועל במחזור של 24 שעות בערך. לכן נקרא המנגנון שעון צירקאדיאני, חיבור של שני מונחים בלטינית: circa – "סביב" ו- dies – "יום" – כלומר "סביב יממה", או מילולית "בערך יממה".עבודתם של הול, רוזבאך ויאנג, סללה את הדרך לחוקרים בכל העולם לזהות עוד גנים וחלבונים רבים במגוון רחב של יצורים חיים, ולאפיין את המנגנון של השעון הביולוגי בכל עולם החי, מחיידקים דרך צמחים ועד בעלי חיים בהם יונקים, כולל כמובן בבני אדם.
כיום ידוע לנו כי השעון הצירקדיאני מבקר את פעילותם של רבים מהגנים בתאים, וכך הוא מאפשר לגופנו להתאים את עצמו לשלבי היממה השונים, כולל בקרה של מחזורי השינה והעירות, לחץ הדם, חום הגוף ושחרור של הורמונים שונים אל הדם. כאשר השעון הביולוגי הפנימי והסביבה אינם מתואמים זה לזה, למשל כאשר אנחנו טסים לאזורי זמן רחוקים במיוחד, אנחנו חווים ג'ט-לג, יעפת, והפרעות ממושכות בסנכרון עלולות לפגוע בבריאות.
זיהוי המנגנונים הללו והתהליכים השונים בגוף שהם מבקרים, מאפשרים לחוקרים לזהות את ההשפעה של התזמון על הפיזיולוגיה ולפתח משטרי טיפול ותזמון שמתוכננים להשגת השפעה מירבית על בריאותנו, כך למשל, פרופ' יוסף ירדן ממכון ויצמן למדע, גילה כי גידולים סרטניים מסוימים פעילים יותר בלילה. מחקר אמריקאי-ישראלי נוסף הראה כי אפשר להתאים טיפול כימותרפי למחזוריות של תאי הגידול, להשגת התוצאות הטובות ביותר.
הכותבת היא בתר דוקטורנטית במכון ויצמן למדע וכתבת באתר מכון דוידסון
לפנייה לכתב/ת 
ההשפעה של השעון הביולוגי
צילום: Gettyimages
מומלצים
