האם השעון הנסתר של גופך יכול להחזיק את הסוד לבריאות מטבולית ומחלות? מחקר חדש מקשר בין המקצבים הפנימיים שלנו לגאות ושפל אוקיינוס עתיק.
סקירה: מקצבים ביולוגיים: לחיות את חייך, חצי יום אחד בכל פעם. קרדיט תמונה: Izzuanroslan / Shutterstock
בסקירה שפורסמה לאחרונה בכתב העת תזמון ביולוגי של NPJ ושינההחוקרים פטריק אמרי ופרדריק גאצ'ון בחנו את המנגנונים, את המשמעות הפיזיולוגית ואת המקורות האבולוציוניים הפוטנציאליים של מקצבים ביולוגיים של 12 שעות אצל יונקים, כולל בני אדם, וקבעו אם מקצבים אלה מייצגים מערכת תזמון מובחנת או נגזרים משעונים צמודים או מעגליים.
רֶקַע
מדוע גנים אנושיים רבים הופכים לפעילים לא פעם אחת, אלא פעמיים ביום? דפוס מסקרן זה משקף מקצבים ביולוגיים של 12 שעות, המכונים גם מחזורי אולטרה-קרסמידיאנים. מקצבים אלה ידועים היטב בבעלי חיים ימיים המגיבים למחזורי גאות ושפל. עם זאת, דפוסים דומים של 12 שעות נצפו במחקרים אחרונים בבעלי חיים יבשתיים, כמו עכברים ובני אדם. יש מדענים שמציעים מקצבים אלה התפתחו משעוני גאות ושפל קדומים, בעוד שאחרים רואים בהם מובחנים ונחוצים לניהול האכלה ולחץ. מכיוון שהם מסדירים תהליכי מפתח כמו חילוף חומרים ותגובות חיסוניות, הבנתם עשויה להציע תובנות לגבי הפרעות כמו השמנת יתר ומחלות נפש. יש צורך במחקר נוסף כדי לזהות את המנגנונים הבסיסיים שלהם.
מקצבים מעגליים ומעגליים: שעונים דומים או מערכות נפרדות?
שעונים ביולוגיים עוזרים לאורגניזמים להסתגל לשינויים סביבתיים חוזרים ונשנים. מקצבים צירוניים עוקבים אחר מחזור 24 שעות ביממה, שולטים בשינה, שחרור הורמונים והתנהגויות יומיות אחרות. מקצבים אלה מוסדרים על ידי חלבונים, כולל מחזורי תפוקת קטר צירקדיאן קפוט (שעון), מוח ושרירים דמויי ARNT 1 (BMAL1), תקופה (לכל), קריפטוכרום (בכי) ונצחי (טים).
מקצבים מעגליים, שנראים בבעלי חיים ימיים, מתרחשים בערך 12.4 שעות. מקצבים אלה מתיישרים עם תנועות גאות ושפל, עוזרות למינים כמו סרטנים, תולעים וסרטנים שורדים בבתי גידול בחוף. לדוגמה, ה- Eurydice Pulchra של הסרטנים הימיים וה- Amphipod Parhyale Hawaiensis ממשיכים להציג דפוסי התנהגות של 12.4 שעות, גם כאשר גנים צבאיים, כמו לכל, מופרעים. זה מצביע על קיומו של מתנד נפרד של 12.4 שעות, אם כי עם חפיפה מכניסטית מסוימת דרך BMAL1. עם זאת, בסרטנים אחרים כמו Eurydice Pulchra, מחקרי RNAi מראים כי מקצבים מעגליים אינם תלויים בגנים Circadian Core כמו לשעון, מה שמרמז על קשר מורכב. ממצאים אלה מדגישים כיצד מנגנונים צירוקיים ומעגליים עשויים להצטלב או לפעול באופן עצמאי בהתאם לאורגניזם ובהקשר.
מקצבי גנים 12 שעות בעכברים: מעבר לשעון הצירדי
הגילוי של דפוסי ביטוי גנים של 12 שעות בכבד עכברים חשף מחזור קצבי מובהק שנפרד מהשעון הצירדי 24 שעות ביממה. מקצבים אולטראדיים אלה נמשכים אפילו בחושך מתמיד ובתאים מבודדים, ומציעים שליטה על ידי מנגנונים אוטונומיים של תאים ברובם ולא אותות אור או מוח. רבים מהגנים המעורבים קשורים לתגובת לחץ, לפעילות המיטוכונדריה ולתגובת החלבון הנגועה (UPR). חלבון מחייב X-Box 1 (XBP1), גורם שעתוק המופעל במהלך לחץ רטיקולום אנדופלסמטי, ממלא תפקיד מרכזי אך לא בלעדי בוויסות מקצבים אלה. עם זאת, כאשר XBP1 נמחק בכבד עכברים, מקצבים של 12 שעות נמשכו או הוחלפו, מה שמצביע על כך שמעורבים אלמנטים רגולטוריים אחרים. זה הוביל את החוקרים לשאול אם מקצבים אלה נובעים ממתנד ייעודי בן 12 שעות או באמצעות אינטראקציות בין האכלה, לחץ וסיבובים צירתיים ומונחים על ידי הזנת מקצבים ורמזים מערכתיים. עדויות עכשוויות מראות שמערכות חפיפה מרובות עשויות לשתף פעולה כדי לייצר ולשמור על דפוסי ביטוי גנים של 12 שעות אצל יונקים.
האם מקצבים של 12 שעות קיימים בבני אדם?
מחקרים אנושיים אישרו דפוסי ביטוי גנים של 12 שעות. במחקר של 48 שעות של שלושה אנשים, 653 גנים עקבו אחר מחזור של 12 שעות, המובחן מאלו שהראו מקצבים צירוניים 24 שעות ביממה. גנים אולטרה -ארדיים אלה היו מעורבים בלחץ, בחילוף חומרים ובתפקוד החיסון, ודמו מקרוב לדפוסים שנראו בעכברים, במיוחד אלה המווסתים על ידי XBP1. למרות שהמשתתפים שלטו בתאורה וארוחות משלהם, מה שעלול היה להשפיע על התוצאות, המחקר המקורי מדגיש כי מדובר במגבלה משמעותית וכי רמזים סביבתיים או התנהגותיים עשויים לתרום לדפוסים שנצפו. עם זאת, החפיפה עם נתוני העכבר תומכת ברלוונטיות הביולוגית של מקצבים אלה. העיתוי של פסגות הגנים השתנה בין יחידים, שהושפע ככל הנראה מההרגלים האישיים או מהבדלים ביולוגיים פנימיים.
האם מקצבים של 12 שעות יכולים להיות בעלי מקורות גאות?
ישנם מדענים שמאמינים כי מקצבים של 12 שעות ביונקים עשויים להתפתח משעונים עגולים ימיים. רעיון זה נתמך על ידי דפוסי ביטוי גנים חופפים בין יונקים לאורגניזמים ימיים, כולל קנידרים וציולים, כאשר מחקר ה- LIMPET היה בולט במיוחד מכיוון שהוא כרוך בהתחברות גאות ושפל.
עם זאת, קשר אבולוציוני זה נותר לא בטוח. מחקרים ימיים רבים נערכו במחזורים קלים בחושך ולא בתנאי גאות ושפל, מה שהפך לא ברור אם המקצבים שנצפו 12 שעות הם באמת גאות ושפל או מושפעים מאור. יתר על כן, מסלולי מפתח כמו תגובת החלבון הנגועה ומטבוליזם של השומנים הם בסיסיים לתפקוד התא בין המינים. הדמיון בביטוי קצבי עלול לנבוע מאבולוציה עצמאית ולא מאבות משותפים. המחקר ב- Limpet C. Rota, שנערך בתנאי גאות ושפל, מספק קישור חזק יותר. בסך הכל, הסקירה קוראת בזהירות בציור קשרים אבולוציוניים ישירים, שכן התפתחות מתכנסת עשויה להסביר את הדמיון שנצפה בכל המינים.
עם זאת, התבוננות חוזרת ונשנית במקצבים של 12 שעות על פני אורגניזמים מגוונים תומכת בחשיבותם התפקודית. מקצבים אלה עשויים לעזור לתאים להתכונן לשינויים מטבוליים או סביבתיים צפויים, כמו זמני האכלה או שינויים בטמפרטורת הגוף, כפי שהוצע בהשערה "שעת העומס" למוכנות מטבולית.
השלכות קליניות של מקצבים משובשים של 12 שעות
עדויות מתעוררות מצביעות על כך ששינוי מקצבים של 12 שעות עשויים לתרום למחלות אנושיות. במחקר אחד, דגימות מוח מאנשים עם סכיזופרניה הראו שיבשו ביטוי גנים של 12 שעות, במיוחד בנתיבים הקשורים לתחזוקה עצבית וקיפול חלבון (תגובת חלבון לא מופרכת). למרות שלא ברור אם שיבוש זה תורם להפרעה או לתוצאות ממנה, הממצאים מציעים קשר שכדאי לבחון אותו.
בעכברים מקצבים של 12 שעות רגישים למצב מטבולי. השמנת יתר ולוחות הזנה לא סדירים מרגיזים מחזורים אלה. זה מעלה את האפשרות כי שמירה על מקצבים אולטרה -אולטרה -אולטרה -אולטרה -אולטרה -אולטרה -אולטרה יכולים לעזור להגן מפני הפרעות מטבוליות וקוגניטיביות. כשם שרפואה צירקדית הפכה גישות לשינה והפרעות הורמונליות, לכרונוביולוגיה אולטרה -אולטרהדיאנית יש פוטנציאל ליידע אסטרטגיות טיפול עתידיות למחלות פסיכיאטריות ומטבוליות, אם כי יש צורך במחקר נוסף.
מסקנות
מקצבים של שתים עשרה שעות מוכרות כיום כשכבה מרכזית של תזמון ביולוגי, תוך ויסות תהליכים קריטיים כמו חילוף חומרים, תגובת לחץ ותפקוד חיסוני. בעוד שנראה כי מחזורים של 12 שעות נובעים מהמערכת הצירדית, אחרים עשויים להיות מונעים על ידי מנגנונים מובחנים הכוללים גורמי שעתוק, כמו XBP1. עדויות ממינים ימיים, עכברים ובני אדם מדגישים את הנוכחות הנרחבת ואת החשיבות הפוטנציאלית של מקצבים אלה. ההפרעה שלהם נצפתה במצבים כמו סכיזופרניה והשמנה. הבנת האופן בו נוצרים ומתוחזקים מקצבים אולטרה -אולטרה -אולטרה -אולטרה -אולטרה -אולטרה -אולטרה -אולטרה עשויים להוביל לאסטרטגיות חדשניות למניעת מחלות וטיפול רפואי בהתאמה אישית.
