הגרעין העל-תצלובתי

הגרעין העל-תצלובתי או ‏ SCN (TA: Nucleus suprachiasmaticus) הוא אזור קטן מאוד במוח של יונקים אשר שולט על השעון הביולוגי של הגוף. הגרעין העל-תצלובתי הוא אחד מהגרעינים המרכיבים את ההיפותלמוס, והוא ממוקם בדיוק מעל תצלובת הראייה. גרעין זה אחראי על הפעלת השעון הביולוגי של הגוף, ועל התאמתו לרמת התאורה בסביבה. השעון הביולוגי בבני אדם ובבעלי חיים אחרים מבוסס על מעגל מורכב של התבטאות גנים בגרעין העל-תצלובתי, שבו מספר גנים שונים משועתקים בזה אחר זה ויוצרים מחזור של בערך 24 שעות. בהתאם לשלב של המחזור שבו השעון הביולוגי נמצא, הגרעין העל-תצלובתי משפיע על אזורים שונים במוח ובכך מווסת תהליכים פיזיולוגיים והתנהגויות המשתנים לאורך היממה, ובראשם מחזורי הערות והשינה. בין השאר, הגרעין שולח מידע לבלוטת האצטרובל, אשר מייצרת את ההורמון מלטונין בתיאום עם השעון הביולוגי. תאי העצב בגרעין העל-תצלובתי מסוגלים לפעול על פי מחזור זה, של 25 שעות, גם ללא קבלת אותות חיצוניים מהסביבה. עם זאת, המחזור האוטונומי אינו מדויק. המידע הסביבתי, ובעיקר האור, מתפקד כצייטגבר ("קוצב זמן") שביכולתו "לאפס" את השעון הביולוגי ואת מעגל שעתוק הגנים ובכך לסנכרן את פעילותו של הגוף למחזורי האור והחושך. המידע על כמות האור בסביבה מתקבל מתאי גנגליון קולטי אור הנמצאים ברשתית, אשר מכילים קולטן רגיש לאור בשם מלאנופסין. בניגוד למסלול הראייתי העיקרי (שמגיע מהרשתית לגרעין הברך הצדי ומשם לקליפת הראייה), מידע זה מועבר דרך עצב הראייה ישירות אל הגרעין העל-תצלובתי. בהיעדר אותות חיצוניים (למשל בניסויים בבעלי חיים בתנאי אור או חושך מתמשכים), הסינכרון עם אורך היממה אינו מתבצע. מפני שהמחזור האוטונומי אינו בדיוק באורך של 24 שעות, ניצפה אז היסט ליניארי גדל והולך בין שעת היקיצה האופיינית לבעל החי לזו שקורית בפועל. תופעה זו נקראת 'ריצה חופשית' (free running). יש מינים שנוטים למחזור קצר מעט מיממה וללא סינכרון יקיצו כל יום יותר ויותר מוקדם, ואחרים עם מחזור מעט ארוך מיממה יקיצו ללא סינכרון יותר ויותר מאוחר. תפקידו של הגרעין העל-תצלובתי החל להתגלות בשנות ה-70, בין השאר במחקרים של רוברט י. מור וויקטור אייכלר שהראו כי הרס של אזור זה במוחן של חולדות משבש את מחזורי הערות ודפוסי השינה שלהן. אף על פי שזמן השינה הכולל של החולדות לא השתנה, הוא התפזר באופן אקראי לפרקי זמן קצרים לאורך היממה. ההשערה הראשונית הייתה כי השפעתו של הגרעין, בדומה למבנים שונים במוח, מבוססת רק על קישורים סינפטיים עם אזורים אחרים ברחבי המוח ששולטים על תפקודים שונים של הגוף. עם זאת, מספר מחקרים שנערכו בשנות ה-80 וה-90 הראו כי השליטה על השעון הביולוגי מבוססת כנראה על אותות כימיים אחרים אשר מפעפעים ברחבי המוח. לאחר שהרסו את הגרעין העל-תצלובתי בחיות הניסוי, החוקרים השתילו במוחן גרעינים שנלקחו מבעלי חיים אחרים. אף על פי שהגרעין המושתל לא יכול היה ליצור קשרים סינפטיים עם אזורים אחרים במוח החיה, הוא הצליח להפעיל מחדש את השעון הביולוגי. עד כה, האות הכימי שנשלח על ידי הגרעין העל-תצלובתי טרם זוהה בוודאות. בנוסף, נמצא כי גם תאי עצב בודדים מתוך הגרעין העל-תצלובתי, כאשר הם מנותקים אחד מהשני, פועלים לפי מחזוריות של כ-24 שעות. עם זאת, במצב זה לכל תא עצב "שעון" משלו, והם אינם מסונכרנים ביניהם. חלק ניכר מהמחקר בנושא בשנים האחרונות מתרכז דווקא בתחום הגנטיקה, בניסיון לזהות ולאפיין את פעילות השעון המולקולרי אשר מאפשר לגוף "למדוד" 24 שעות. מנגנון שכזה התגלה לראשונה ב-1971, במחקרים גנטיים שנערכו בזבובי פירות. בהמשך, זוהו גם ביונקים לולאות של שעתוק גנים אשר מרכיבות את השעון הביולוגי. שעון ביולוגי מדיה וקבצים בנושא הגרעין העל-תצלובתי בוויקישיתוף יורם שורק, ‏דברים שיורמים יודעים: מה עושה לנו אור השמש?, באתר "הידען" Ibuka N & Kawamura H (1975). "Loss of circadian rhythm in sleep-wakefulness cycle in the rat by suprachiasmatic nucleus lesions". Brain Research. 96 (1): 76–81. doi:10.1016/0006-8993(75)90574-0. PMID 1175007. Silver R, Lesauter J, Tresco PA and Lehman MN (1996). "A diffusible coupling signal from the transplanted suprachiasmatic nucleus controlling circadian locomotor rhythms". Nature. 382 (6594): 810–813. doi:10.1038/382810a0. PMID 8752274.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link) Welsh DK, Logothetis DE, Meister M and Reppert SM (1995). "Individual neurons dissociated from rat suprachiasmatic nucleus express independently phased circadian firing rhythms". Neuron. 14 (4): 697–706. doi:10.1016/0896-6273(95)90214-7. PMID 7718233.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link) Konopka R & Benzer S (1971). "Clock Mutants of Drosophila melanogaster". Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 68 (9): 2112–2116. doi:10.1073/pnas.68.9.2112. PMID 5002428.