לא אוהב את חדר הכושר? גם מדען התעמלות ראיין מונטלבו לא. אבל הוא ממילא הולך.
אמנם כל אימון יכול להיראות מפחיד, אך הלחץ הגופני של פעילות גופני מעניק לעתים קרובות יתרונות לטווח הארוך. יתרון אחד הוא שזה מעורר תגובה פיזיולוגית המאפשרת לתאים שלנו להסתגל כדי לעמוד בביקוש האנרגיה העתידי במה שמכונה תגובה הורמטית.
עם מענק מחקרי קריירה מוקדם של המכללה האמריקאית לרפואת ספורט, מונטלבו תבחן כיצד תגובה זו ללחץ הנגרם על ידי פעילות גופנית עשויה לעזור להתגבר על מחלות לא תקשורתיות.
בעבודה במעבדה של פרופסור ז'ן יאן במכון המחקר הביו -רפואי של פרלין ב- VTC, מונטלבו בודק את התאמות הגוף ללחץ. מחקריו עלולים לחשוף כיצד שינויים סלולריים הנגרמים כתוצאה מפעילות גופנית משפיעים על מחלות מטבוליות כמו סוכרת.
"בכל פעם שאתה מתעמל אתה מגדיל את הביקוש למיטוכונדריה שלך, והחשיפה למתח זה גורמת לך להתאים יותר את הלחץ הזה בפעם הבאה שאתה נתקל בזה", אמר מונטלבו. "אם המיטוכונדריה שלך מסתגלת לאותם גורמי לחץ פיזיולוגיים שנתת להם באמצעות פעילות גופנית, הם יכולים להיות יעילים יותר בהקלה או במניעת מחלות."
מיטוכונדריה הם מבנים מיוחדים בתאים שלנו האחראים להמרת חומרים מזינים לטריפוספט אדנוזין, או ATP, המסייע בכוח תהליכים ביולוגיים הנעים בין התכווצויות שרירים במהלך פעילות גופנית לתגובות הביוכימיות השומרים על תפקוד התא הבסיסי.
"מיטוכונדריה מייצרת ATP ברציפות, אך הם לא יודעים אוטומטית כמה ATP לייצור", אמר מונטלבו. הסיבה לכך היא שהם מסתמכים על מולקולת חישת אנרגיה לעיבוד תשומות משולבות מהותיות וגם חיצוניות ולהכתיב את התפוקה המיטוכונדרית כדי לעמוד בדרישות הרקמה הממוקדת והגוף כולו.
מעבדת יאן חוקרת אנזים קריטי לתהליך זה. האנזים החישה, הנקרא קינאז חלבון המופעל על ידי AMP, או AMPK, משתמש במודולציה של גנום ומסלולי איתות סלולריים כדי לתקשר את הביקוש לאנרגיה למיטוכונדריה, אשר בתורו מכויל את תפוקת ה- ATP שלהם כך שתתאים לדרישת האנרגיה המשתנה של התא.
"בזמן הנכון לעשות את הדבר הנכון 'הוא התיאור הטוב ביותר של המאמץ הפוסט -דוק של ראיין," אמר יאן. "מאז שהתחיל במכון המחקר הביו-רפואי של פרלין, ראיין ניצל את מומחיותו ורדף ללא פחד בשאלות מהותיות בנוגע לתפקיד ההפעלה של מיטאמפ בהתאמות הנגרמות על ידי פעילות גופנית ותועלות בריאותיות. ראיין הוכיח מחויבות חזקה במיוחד למחקר ביו-רפואי וסלל את הדרך להצלחה רבה בקריירה האקדמית שלו."
במהלך תקופות מנוחה, דרישות האנרגיה נמוכות יחסית, אך במהלך פעילות גופנית או לחץ פתולוגי אחר, הדרישות יכולות לגדול באופן דרמטי ומהיר. בפיזיולוגיה רגילה, גורמי לחץ אלה מפעילים את AMPK כדי להעלות את ייצור ה- ATP. במחלות כרוניות רבות מעכב תהליך זה.
בסוכרת מסוג 2, למשל, תאים הופכים עמידים בפני אינסולין, ההורמון האחראי לסייע בספיגת הגלוקוז. זה יוצר סביבה סלולרית בה מנגנוני חישת אנרגיה תקינים הופכים למומים ובסופו של דבר, לא מתפקדים.
"בגלל עודף תזונה, שרירי השלד עלולים להיחשף יתר על המידה לגלוקוזה ולכן להיות רגישות לרגישות להשפעותיו האנבוליות", אמר מונטלבו. "אם מנגנוני חישת האנרגיה שלך נפגעים, מיטוכונדריה של השרירים שלך לא מקבלים כהודעה ברורה כיצד להגיב למלחץ פיזיולוגי או פתולוגי."
בשנת 2021 פרסמה מעבדת יאן ממצאים ב המשך האקדמיה הלאומית למדעים ניתן למצוא את AMPK שנחשף לא רק בכל התא, אלא באופן ספציפי בתוך הרטיקולום המיטוכונדריאלי. בריכת AMPK המובהקת הזו, אותה מעבדת יאן כינה את מיטאמפק על שם מיקומה בתא, עשויה לאפשר לאנזים להעביר אותות ברורים יותר למיטוכונדריה.
"מעבדת יאן הייתה הראשונה שאפיין AMPK מיטוכונדריאלי בשרירי השלד, אך לא זיהינו מדוע היא מתמקמת למיטוכונדריה," אמר מונטלבו. הממצאים משמשים כיום כבסיס לשאלת מפתח המניעה את מחקריו: "אם נוכל להגדיל את הפעילות של AMPK המיטוכונדריאלי, האם נוכל להקל על סוכרת בשרירי השלד?"
הפרויקט של מונטלבו מייצג את הצעדים הראשונים לקראת גילוי האם שיפור חישת אנרגיה מיטוכונדרית באמצעות הפעלה ממוקדת של מיטאמפ יכול לספק מסלול טיפולי לטיפול בסוכרת.
