משבר אנרגיה

כולם יודעים שפעילות גופנית מאומצת עוזרת לשרוף קלוריות. מחקר חדש שבוצע במכון ויצמן למדע הראה, כי תופעה זו מתקיימת בזכות מנגנון מולקולרי שייתכן כי סייע להישרדותם של יצורים חיים במהלך האבולוציה. ממצאי המחקר, שפורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Cell Metabolism, שופכים אור חדש על תהליך הפקת האנרגיה בתא, ועשויים לתרום להבנת הבסיס המולקולרי של סוכרת.

לפני מספר שנים גילו פרופ' רבקה דיקשטיין וחברי קבוצת המחקר שלה, במחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, מתג גנטי שעד אז לא היה מוּכר. מתג זה, הקרוי TISU, מפעיל כ-4% מהגנים בבני-אדם. הוא ממלא שני תפקידים בתא, ופועל במהלך שני השלבים העיקריים של ביטוי גנים: הוא מפעיל את הגן בזמן שלב השיעתוק, אך גם מניע את השלב הבא – התרגום – בו מתורגם המסר המולקולרי של הגן לחלבון. בניגוד למתגים הנפוצים יותר, אשר מניעים רק אחד משלבים אלה, מתג ה-TISU שוכן במיקום אסטרטגי בדי-אן-אי, וזה מאפשר לו לשלוט בשניהם. מעצם תיפקודו בשני השלבים, ייתכן כי הוא מבטיח שיתקיים תיאום חלק בין שלב השיעתוק לשלב התרגום.

בסדרת ניסויים שביצעו תלמידי מחקר במעבדתה של פרופ' דיקשטיין – ד"ר הדר סינבני, אורה חיימוב, ואנה תמרקין בן הרוש – בשיתוף עם ד"ר יורי סביטקין וד"ר נחום זוננברג מאוניברסיטת מקגיל שבקנדה, מצאו המדענים כי TISU פועל בדרך שונה משמעותית מהמתגים הידועים אשר מניעים את תרגום כל הגנים האחרים. אבל מדוע, בעצם, זקוק התא לשני סוגי מתגים שונים?

כדי לענות על שאלה זו יצרו המדענים, בתרבית, מצב של מחסור חמור באנרגיה בתא. בתנאים אלה הושבתה רוב הפעילות בתא, ובעיקר שלב תרגום הגנים, אשר מוביל להיווצרותם של חלבונים – תהליך שלשם ביצועו נחוצה אנרגיה רבה במיוחד. החלבונים היחידים שהמשיך לייצר התא היו אלה שעליהם אחראי TISU.

ממצאים אלה מעידים, כי TISU הוא מתג חירום. קיומו מאפשר לתא להשהות את כל הפעילות שאינה חיונית, כמו תחזוקת השלד, ולהקדיש את מלוא האנרגיה לפעילות החיונית להישרדותו של התא. בפעילות חיונית זו משתמש התא במולקולות חמצן מהדם כדי להפיק אנרגיה מגלוקוז ומשומן. הפקת האנרגיה מתרחשת באברונים הקרויים מיטוכונדריה. תפקידו של מתג ה-TISU הוא להבטיח, כי הגנים במיטוכונדריה ימשיכו לפעול במצב חירום.

סוגים שונים של מתגים נוצרו, כנראה, במהלך האבולוציה כמנגנון הסתגלות אשר מאפשר שליטה בררנית בפעילות הגנים, כך שבתנאים קשים תמשיך להתבצע רק הפעילות החיונית ביותר. ייתכן ששליטה בררנית זו הייתה הכרחית להישרדות, כיוון שאיפשרה שימוש מיטבי במשאבים בזמן חירום.

כשאנו עוסקים בפעילות גופנית, ייתכן שאנחנו שורפים קלוריות בזכות מנגנון זה. כאשר הפעילות הופכת למאומצת, מנצלים תאי הגוף את כל מאגרי האנרגיה שלהם, עד שנוצר מחסור חמור באנרגיה. אז מופסקת כל פעילות גנטית שאינה חיונית, ונכנסים לפעולה רק הגנים בהם שולט TISU. גנים אלה פועלים לשריפת השומן, הגלוקוז, ומשאבים נוספים, על מנת להפיק אנרגיה. פרופ' דיקשטיין וחברי קבוצתה ביצעו את המחקר בתאי שריר, בהם ממלא חילוף האנרגיה תפקיד חשוב במיוחד. בתאים אלה עשוי להיווצר מחסור באנרגיה במהלך פעילות גופנית, דבר הגורם להפעלת מתג ה-TISU.

כדי ליצור את המחסור האנרגטי לצורך הניסוי, השתמשו המדענים בתרופה נפוצה לטיפול בסוכרת, אשר מורידה את רמת הגלוקוז בדם. תוצאות המחקר מצביעות על כך, שאחד ממנגנוני הפעולה של התרופה הוא הפעלת מתג ה-TISU. בזכות תגלית זו, ייתכן כי יובן טוב יותר כיצד פועלות התרופות לטיפול בסוכרת, ואפשר יהיה להצביע על כיוונים חדשים לחקר הפגמים בחילוף הגלוקוז, המובילים להיווצרות סוכרת.