מחקר מסביר מדוע אסטמה, התקפי לב ומצבים אחרים מתרחשים לעיתים קרובות בשעות הבוקר המוקדמות

חוקרים במעבדתו של פרופסור גד אשר במכון ויצמן למדע גילו תגלית חשובה: מרכיב מפתח במקצבי היממה, חלבון בשם BMAL1, מווסת את תגובת הגוף למחסור בחמצן. הממצאים, שפורסמו בכתב העת Cell Metabolism, מסייעים להסביר מדוע מצבים רבים של מחסור בחמצן תלויים בזמן.

תפקידם של מקצבי היממה וחוסר חמצן

מקצבים צירקדיים הם מנגנון מולקולרי פנימי הפועל 24 שעות ביממה, המווסת תהליכים בכל תא בגוף. החלבון BMAL1, המכונה "שעון התא", מקיים אינטראקציה עם חלבון מפתח נוסף, HIF-1α, המופעל כאשר חסר חמצן.

• HIF-1α: עם רמות חמצן תקינות, חלבון זה נהרס במהירות. עם זאת, עם מחסור בו, HIF-1α מתייצב, צובר ומפעיל גנים המסייעים להסתגלות להיפוקסיה.
• BMAL1: מחקרים הראו שחלבון היממה זה לא רק משפר את תפקוד HIF-1α, אלא גם ממלא תפקיד עצמאי בתגובת הגוף למחסור בחמצן.

ניסוי עם עכברים

כדי לחקור את הקשר בין קצב ביולוגי לתגובה להיפוקסיה, החוקרים יצרו שלוש קבוצות של עכברים מהונדסים גנטית:

1. HIF-1α לא יוצר ברקמת הכבד.
2. לא ייצר BMAL1.
3. שני החלבונים לא יוצרו.

תוצאות:

• כאשר רמות החמצן ירדו, היעדר BMAL1 מנע את הצטברות ה-HIF-1α, אשר פגע בתגובה הגנטית להיפוקסיה.
• לעכברים חסרי שני החלבונים היו שיעורי הישרדות נמוכים בהתאם לשעת היום, כאשר התמותה הייתה גבוהה במיוחד בלילה.

מסקנות: ל-BMAL1 ול-HIF-1α תפקיד מפתח בהגנה על הגוף מפני היפוקסיה, ומקצבי היממה קשורים ישירות לתגובת הגוף למחסור בחמצן.

פתולוגיה של הכבד והקשר עם הריאות

בעכברים ללא שני החלבונים בכבד שלהם, החוקרים מצאו רמות נמוכות של חמצן בדם עוד לפני החשיפה להיפוקסיה, מה שמעלה חשד כי מקרי המוות היו קשורים לתפקוד ריאות לקוי.

• עכברים אלה פיתחו תסמונת הפטופלמונרית, מצב שבו כלי הדם בריאות מתרחבים, מה שמגביר את זרימת הדם אך מפחית את יעילות צריכת החמצן.
• הניתוח הראה ייצור מוגבר של תחמוצת החנקן בריאות, מה שהגביר את הרחבת כלי הדם (הרחבת כלי הדם).

חשיבות המחקר

1. כרונוביולוגיה של מחלות: הממצאים מסבירים מדוע מצבם של חולים עם היפוקסיה או מחלות כמו אסתמה או התקפי לב מחמיר בשעות מסוימות של היום.
2. מודלים של מחלות: עכברים חסרי HIF-1α ו-BMAL1 הפכו למודל הגנטי הראשון שחקר את תסמונת הכבד-ריאה, ופתחו דרכים חדשות לטיפול.
3. סיכויי טיפול: המחקר מציע כי תרופות ממוקדות המווסתות חלבונים המעורבים בתקשורת בין הכבד לריאה עשויות להיות אפשרות טיפול חדשה.

"אנחנו רק מתחילים להבין את המנגנונים המורכבים המקשרים בין קצב ביולוגי, היפוקסיה ואינטראקציות בין איברים", אמר פרופסור אשר. "תגליות אלו עשויות להוביל לטיפולים חדשים למחלות הקשורות למחסור בחמצן."