נשים בהריון מסתמכות על תזונה מאוזנת ותוספי מזון להעברת חומרים מזינים מתאימים לתינוקותיהן, כדי להבטיח שהן יגדלו בריא. חומרים מזינים כאלה תורמים לתדלוק פיתוח ומתן אבני בניין סלולריות המובילות למוח בריא, עצמות, איברים ומערכות חיסון.
בעוד שהכנה תזונתית מסוג זה מסייעת במהלך ההיריון, מדעני EMBL מצאו כי חילוף החומרים – האופן שבו תאים מפרקים מזון לאנרגיה – במהלך התפתחות עוברית יותר מאשר סתם מספקים אנרגיה ואבני בניין סלולריות להתפתחות עוברית נאותה. למטבוליזם יש יסוד איתות מפתיע. ועל ידי אפנון חילוף החומרים בצורה מותאמת, הם יכולים לזהות מטבוליט איתות השולט בקצב ההתפתחות.
מה ששמנו לב היה שככל שמטבוליזם הפך מהר יותר, השעון התפתחותי מסוים האט. התצפית רמזה כי תפקיד חילוף החומרים אינו רק לספק אנרגיה וביומסה לדלק את התהליכים הביולוגיים. "
Hidenobu Miyazawa, אחד המחברים הראשונים של המחקר החדש ומדען צוות מחקר בקבוצת Aulehla ב- EMBL
מיאזאווה, יחד עם שני מחברים ראשונים נוספים וחברי קבוצת Aulehla באותה תקופה, ניקול פריור וג'ונה ראדה, ובנוסף חוקרים אחרים של EMBL גילו שלמטבוליזם יש גם מרכיב איתות. המדענים חקרו עוברי עכבר בזמן שיצרו קטעי גוף חוזרים שמתפתחים בסופו של דבר לקוצים. תפקיד האיתות של חילוף החומרים התברר כשגילו כי אפילו כמויות קטנטנות של מטבוליטים מסוימים – לא מספיקים כדי לתדלק תאים בפועל – עדיין יכולים לשמור על 'השעון הביולוגי' של העובר לתקתק של היווצרות קטעים. שעון זה מכונה שעון הפילוח.
המדענים מצאו קשר הפוך בין פעילות מטבולית לקצב שעון הפילוח. המשמעות היא שככל שהפעילות המטבולית גבוהה יותר בתאים, כך שעון הפילוח איטי יותר. באופן מפתיע, הם יכלו להפוך את הפנוטיפ 'השעון האיטי' הזה על ידי שחזור איתות סלולרי, מבלי למודול חילוף חומרים כשלעצמו. זה הוביל אותם למסקנה כי פעילות מטבולית השפיעה על איתות התאים.
כדי לזהות אילו מטבוליטים מפתח שולטים בקצב השעון, המדענים פנו לגישה ניסיונית המבוססת על תיאוריית הסנכרון. מכיוון שקצב הגוף הפנימי שלך עוקב אחר מחזורי לילה חיצוניים של יום יום, שעון הפילוח של העובר יכול להסתגל גם לרמז לאיתות חיצוני כאשר הוא מסופק מדי פעם. "בפרויקט זה שאלנו האם מטבוליט יכול לשמש רמז לאיתות לשליטה על שעון הפילוח", הסביר מיאזאווה.
בגישה ייחודית זו, המדענים מצאו כי מולקולת סוכר ספציפית, FBP, הייתה המטבוליט העיקרי המווסת את שעון הפילוח. FBP משפיע על קצב שעון הפילוח דרך מסלול איתות חשוב הנקרא איתות Wnt.
בנוסף, מיאזאווה הסביר כי ככל שצוות המחקר עקב אחר השינויים, התנודות המולקולריות הקשורות לשעון הפילוח יכולות לשנות את הדפוסים המרחביים של קטעי הגוף של העובר.
אמנם ממצא מדעי זה הוא חשוב במחקר בסיסי, אך יתכן שהוא יש להתייחס למה שמדענים יכולים להבין ולשלוט בעתיד. תפקיד איתות זה של חילוף החומרים עשוי לשקף כיצד אורגניזמים מגיבים לסביבתם, למשל על ידי התאמת פיתוח על בסיס מזון זמין.
"התוצאות למעשה מעלות שאלה חשובה: האם חילוף החומרים עצמו יכול לפעול כקוצב קוצב המחבר בין שעונים ביולוגיים פנימיים לבין מקצבים חיצוניים בסביבה?" אמר אלכסנדר אולהלה, סופר בכיר בעיתון ומנהל היחידה לביולוגיה התפתחותית של EMBL. "מכיוון שמטבוליזם קשור באופן טבעי לרמזים ומחזורים חיצוניים, כמו השעון הצירדי, העבודה שלנו המראה כי חילוף החומרים יכול 'להגדיר' את שעון הפילוח תומך ברעיון זה שנבדוק במחקרים עתידיים."
