התגלו בשנות ה-70 של המאה הקודמת, שעונים צירקדיים חיוניים לוויסות הזמן הביולוגי ברוב התאים בגוף האדם. מנגנונים פנימיים אלו מתאימים תהליכים ביולוגיים למחזור של 24 שעות, ומאפשרים סנכרון של תפקודים תאיים עם שינויים יומיומיים בסביבה. מקצבי יממה, המתואמים על ידי שעון מרכזי במוח המתקשר עם שעונים ברקמות היקפיות שונות, משפיעים על תפקודים רבים, מדפוסי השינה שלנו ועד ליכולת שלנו לבצע חילוף חומרים של מזון.
צוות בראשות ד"ר סלבדור אזנר בניטה, חוקר ICREA ב-IRB ברצלונה, וד"ר Pura Muñoz-Cánoves, חוקרת ICREA במחלקה לרפואה ומדעי החיים באוניברסיטת פומפאו פברה (UPF), תיאר כיצד הסנכרון בין השעון המרכזי לשעונים היקפיים בשריר ובעור תפקיד מרכזי בהבטחת תפקוד תקין של רקמות אלו, כמו גם במניעת תהליכים ניווניים הקשורים להזדקנות.
התוצאות של עבודה זו פורסמו בשני מאמרים בכתבי עת עתירי השפעה. בהקשר זה, המחקר על הסנכרון בין השעון המרכזי וההיקפי מופיע ב מַדָע, בעוד העבודה על התיאום בין השעון המרכזי לשעון היקפי העור שוחררה תא גזע של תא. שני המחקרים חושפים את המנגנונים הנפוצים המדגישים את החשיבות של תיאום זה כדי לשמור על הפונקציונליות האופטימלית של השריר והעור.
העבודה מתארת גם את מידת האוטונומיה המדהימה של השעונים ההיקפיים, שיכולים לשמור על מחזוריות של 24 שעות ולנהל כ-15% מהתפקודים הצירקדיים בהיעדר השעון המרכזי.
"מרתק לראות כיצד לסנכרון בין המוח והשעונים הצירקדיים ההיקפיים תפקיד קריטי בבריאות העור והשרירים, בעוד שעונים היקפיים לבדם הם אוטונומיים בביצוע תפקודי הרקמה הבסיסיים ביותר", אומר ד"ר אזנר בניתה, ראש האגף מעבדת תאי גזע וסרטן ב-IRB ברצלונה.
המחקר שלנו מגלה שדרושה אינטראקציה מינימלית בין שני שעוני רקמה בלבד (אחד מרכזי והשני היקפי) כדי לשמור על תפקוד מיטבי של רקמות כמו שרירים ועור וכדי למנוע הידרדרות והזדקנותן. כעת, השלב הבא הוא לזהות את גורמי האיתות המעורבים באינטראקציה הזו, תוך מחשבה על יישומים טיפוליים פוטנציאליים."
ד"ר מוניוז-קאנובס, פרופסור UPF, חוקר ראשי במעבדות אלטוס (סן דייגו, ארה"ב)
תיאום עם השעון ההיקפי של השריר שומר על תפקוד השרירים ומונע הזדקנות מוקדמת
המחקר שפורסם ב מַדָע על התקשורת בין המוח לשריר אישרו כי התיאום בין השעון המרכזי וההיקפי הוא חיוני לשמירה על תפקוד השריר היומיומי ומניעת הזדקנות מוקדמת של רקמה זו. שחזור הקצב הצירקדי מפחית את אובדן מסת השריר והכוח, ובכך משפר את התפקודים המוטוריים המודרדרים במודלים ניסיוניים של עכברים.
תוצאות המחקר גם הוכיחו כי האכלה מוגבלת בזמן (TRF), הכוללת אכילה רק בשלב הפעיל של היום, יכולה להחליף חלקית את השעון המרכזי ולשפר את האוטונומיה של שעון השריר. רלוונטי יותר הוא ששיקום זה של הקצב הצירקדי באמצעות TRF יכול להפחית את אובדן השרירים, את ההידרדרות של תפקודים מטבוליים ומוטוריים, ואובדן כוח השריר בעכברים מבוגרים.
לממצאים אלו יש השלכות משמעותיות על פיתוח טיפולים להזדקנות שרירים ושיפור הביצועים הגופניים בגיל מבוגר. דרס. ארון קומאר ומיריה ואקה דמפרה, שניהם מה-UPF, הם המחברים הראשונים של מחקר זה, שקיבל גם תרומות מד"ר. Eusebio Perdiguero ואנטוניו סראנו, בעבר ב-UPF ועכשיו ב-Altos Labs.
השעון ההיקפי של העור משלב ומאפנן את אותות המוח
במחקר שפורסם ב תא גזע של תא, הצוות הוכיח כי השעון הצירקדי של העור הוא מכריע בתיאום הפיזיולוגיה היומית של רקמה זו. על ידי שילוב אותות מוח, ולפעמים על ידי שינוים, תיאום זה מבטיח את התפקוד הנכון של העור.
תגלית מפתיעה הייתה שבהיעדר השעון ההיקפי, שעון הגוף המרכזי שומר על הקצב הצירקדי של העור אך הוא פועל בצורה הפוכה כרגיל (כלומר, בלוח זמנים הפוך). לדוגמה, החוקרים הבחינו ששכפול ה-DNA, אם יוסדר רק על ידי השעון המרכזי, יתרחש במהלך היום, כאשר העור נחשף לאור אולטרה סגול, מה שיעלה את הסיכון להצטברות מוטציות. תופעה זו מדגישה את חשיבותו של השעון ההיקפי, אשר לא רק קולט אותות מהשעון המרכזי-; אשר מתאם את המקצבים של האורגניזם כולו-; אלא גם מתאים את האותות הללו לצרכים הספציפיים של הרקמה שבה הם נמצאים (ב- במקרה של תאי גזע בעור, שכפול ה-DNA מגיע לשיא לאחר חשיפה לאור אולטרה סגול במהלך היום).
ד"ר תומס מורטימר, פוסט-דוקטורט ב-IRB ברצלונה, וד"ר פטריק-סימון ולץ, ממכון המחקר Hospital del Mar, עמדו בראש הפרויקט הזה, יחד עם ד"ר. אזנר בניטה ומוניוז-קאנובס.
תוצאות שני המחקרים נובעות משיתוף פעולה בינלאומי עם חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה ומאוניברסיטת טקסס בריאות בסן אנטוניו (שתיהן בארה"ב), אוניברסיטת ליבק באלמניה, מכון קרולינסקה בשוודיה, אוניברסיטת הומניטאס ב איטליה, ומכון המדע של Altos Labs בסן דייגו בארה"ב. הפרויקט נתמך על ידי מימון ממועצת המחקר האירופית, תוכנית האיחוד האירופי H2020, משרד המדע, החדשנות והאוניברסיטאות, ממשלת קטלוניה, קרן ליליאן בטנקור, קרן "לה קאישה", קרן Marató de TV3, BBVA קרן וקרן נובו נורדיסק.
