השעון הביולוגי הוא מנגנון פנימי של אורגניזם שעוזר לו להסתנכרן עם הסביבה החיצונית. באמצעותו, תהליכים פיזיולוגיים (כגון ייצור והפרשת הורמונים, פעילות גלי המוח, התחדשות של תאים ופעילויות ביולוגיות נוספות) והתנהגותיים (ערות, שינה ואכילה למשל) מתרחשים במחזוריות, בעת המתאימה, ומסונכרנים עם הסביבה החיצונית באופן שתורם לבריאותו. כלומר, מדובר במעין יומן שאומר לגוף מה צפוי לו, כך שהוא יכול להתכונן לבאות ולפעול באופן מיטבי. השעון הצירקדי הוא השעון הביולוגי החשוב והנפוץ ביותר בעולם החי. יש לו זמן מחזור של כ-24 שעות, בדומה לסיבובו של כדור הארץ סביב צירו. לכן, הוא מסייע ליצורים חיים להתאים את עצמם להשפעות של השמש על סביבתם - כגון רמת התאורה ושינויים בטמפרטורה - לאורך היממה. ידוע כי לשעון הצירקדי השפעה דרמטית על תהליכי חילוף חומרים - כגון כאלו הקשורים בלחץ הדם וברמת הסוכר וההורמונים בגוף. אבל המנגנונים המולקולריים שעומדים מאחורי השפעה זו לא ידועים ברובם, ולכן מטרת מחקרנו הייתה להבין את מקצתם. מדדנו רמות של מטבוליטים (תוצרי פירוק המיוצרים בעת חילוף החומרים בגוף) בתאי עכברים ובתאים בתרבית רקמה. מדובר בניקוטינאמיד, פוליאמינים וחמצן - מטבוליטים שעשויים להיות מעורבים בפעילות השעון הצירקדי (כפי שהראו מחקרים קודמים), כלומר שמשפיעים עליו ומושפעים ממנו. ראשית, גילינו כי החלבון CtBP (שמווסת ביטוי של גנים), אשר פעילותו מושפעת מהמטבוליט ניקוטינאמיד (נגזרת של ויטמין B3), הורס את המקצב של השעון הצירקדי (את השינוי במקצב השעון ניתן לבחון באמצעות ביטוי של גן שמדווח עליו), מה שעלול לפגוע באפקטים ביולוגיים כגון אלו שתוארו לעיל. עוד מצאנו (באמצעות השוואה בין תאים עם שעון צירקדי תקין לבין תאים עם שעון עם מוטציה) כי השעון הצירקדי מווסת את רמות האנזימים שחיוניים לייצור פוליאמינים, וכך למעשה שולט בהן. מדובר במטבוליטים פחמניים שמגיעים מהמזון או מיוצרים על ידי תאי הגוף, אשר אחראיים לתהליכים חיוניים בתא, כגון גדילתו, תחזוקתו והִתרבותו. כמו כן מצאנו כי זמני האכילה במהלך היום (כפי שנצפו אצל עכברי המעבדה) משפיעים על הצטברות הפוליאמינים בגוף כיוון שמזון הוא כאמור מקור מרכזי שלהם. כך למשל, אם אוכלים הרבה בערב, רמת הפוליאמינים תעלה בהתאמה. במקביל מצאנו כי ירידה ברמת הפוליאמינים אצל עכברים מבוגרים האריכה את זמן המחזור של השעון הצירקדי שלהם ליותר מ-24 שעות (זאת מכיוון שאחד מתפקידיהם הוא לתווך בין שני חלבונים שמשתתפים בקביעת זמן מחזור זה), באופן שעלול לפגוע באפקטים הביולוגיים המיטיבים שלו. וכאשר נתנו לעכברים המבוגרים תזונה עשירה בפוליאמינים - המקצב הצירקדי שלהם התקצר והפך להיות דומה לזה של העכברים הצעירים. בנוסף, גילינו כי השינויים שחלים ברמת החמצן בתאים במהלך היום מסנכרנים בין השעונים הצירקדיים שקיימים בהם וגורמים להם לעבוד יחדיו; לכל תא בגוף יש שעון צירקדי משלו וניסינו לגלות איך כל השעונים עובדים יחד, בהרמוניה. חשפנו תאים רבים יחדיו לרמות חמצן משתנות – עולות ויורדות – ומצאנו שזה מה שגורם לשעונים כולם להתחיל לתקתק באותו הזמן. התהליך מתרחש באמצעות ההיקשרות של חלבון HIF-1, שאחראי לוויסות רמת החמצן בגוף, לחלבונים שמשתתפים במנגנון השעון הצירקדי. ולסיכום, ייתכן שגילוי מנגנונים מולקולריים אלו יסייע בעתיד למנוע שיבושים ותחלואה הקשורים בשעון הצירקדי, במטבוליטים שתוארו וביחסי הגומלין ביניהם.