Οι επιστήμονες ανακάλυψαν πώς τα ζωντανά κύτταρα μπορούν να ανταποκριθούν και να προσαρμοστούν στην σχεδόν έλλειψη βαρύτητας που βιώνεται στο διάστημα. Η ανακάλυψη θα μπορούσε να βοηθήσει στην προστασία των αστροναυτών από τους δυσμενείς κινδύνους για την υγεία που συνδέονται με τις μακροπρόθεσμες διαστημικές αποστολές. Ενώ το διάστημα δεν είναι εντελώς απαλλαγμένο από την επίδραση της βαρύτητας, ειδικά αμέσως γύρω από τη Γη, αυτή η θεμελιώδης δύναμη είναι πολύ πιο αδύναμη σε τροχιά από ό,τι στην επιφάνεια του πλανήτη μας.
Για παράδειγμα, η επίδραση της βαρύτητας στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), μόλις 354 χλμ. πάνω από την επιφάνεια της Γης, είναι 90% πιο αδύναμη από ό,τι στο terra firma. Αυτή η περιορισμένη βαρύτητα περιγράφεται ως «μικροβαρύτητα» και είναι γνωστό ότι πυροδοτεί ορισμένες αντιδράσεις στρες στα κύτταρα των ζωντανών πλασμάτων. Ερευνητές, συμπεριλαμβανομένης της Rita Miller, καθηγήτριας βιοχημείας και μοριακής βιολογίας στο Oklahoma State University στο Stillwater, ανακάλυψαν ότι ένας τροποποιητής πρωτεΐνης που ονομάζεται “small ubiquitin-like modifier” ή “SUMO” μπορεί να βοηθήσει τα κύτταρα να προσαρμοστούν στη μικροβαρύτητα σε τεχνητά προσομοιωμένες συνθήκες.
“Υπό κανονικές συνθήκες βαρύτητας, το SUMO είναι γνωστό ότι ανταποκρίνεται στο στρες και ότι παίζει κρίσιμο ρόλο σε πολλές κυτταρικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένης της επιδιόρθωσης βλάβης του DNA, της ρύθμισης του κυτταροσκελετού, της κυτταρικής διαίρεσης και του κύκλου πρωτεϊνών”, δήλωσε ο Miller σε μια δήλωση. «Είναι η πρώτη φορά που το SUMO έχει αποδειχθεί ότι παίζει ρόλο στην απόκριση του κυττάρου στη μικροβαρύτητα».
Το SUMO συνήθως αλληλεπιδρά με τις πρωτεΐνες μέσω δύο τύπων χημικών δεσμών, σχηματίζοντας έναν ομοιοπολικό δεσμό με ένα απαραίτητο αμινοξύ που ονομάζεται λυσίνη, ή μέσω μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων με έναν άλλο συνεργάτη δέσμευσης. Ο Miller και η ομάδα εξέτασαν και τους δύο τύπους δεσμών SUMO, ή SUMOylation, σε κύτταρα ζυμομύκητα στη γήινη βαρύτητα και στη μικροβαρύτητα. Βρήκαν ότι σε αυτόν τον οργανισμό, ο οποίος χρησιμοποιείται συνήθως από βιολόγους για την αξιολόγηση και τη μοντελοποίηση των κυτταρικών διεργασιών, τα κύτταρα που ανέλυσαν υποβλήθηκαν σε έξι κυτταρικές διαιρέσεις είτε εκτέθηκαν σε κανονική βαρύτητα της Γης είτε στη μικροβαρύτητα.
Για να ανακαλύψει τις κυτταρικές διεργασίες που επηρεάστηκαν από τη μικροβαρύτητα, η ομάδα προσομοίωσε αυτές τις συνθήκες στη ζύμη χρησιμοποιώντας ένα δοχείο κυτταροκαλλιέργειας που αναπτύχθηκε από τη NASA. Στη συνέχεια συνέκριναν τα επίπεδα των επιπέδων έκφρασης πρωτεϊνών (ο τρόπος με τον οποίο οι πρωτεΐνες συντίθενται, τροποποιούνται και ρυθμίζονται σε ζωντανούς οργανισμούς) σε κύτταρα που εκτέθηκαν σε αυτή την κατάσταση ασθενούς βαρύτητας και σε άλλα κύτταρα που είχαν φυσιολογική γήινη βαρύτητα. Αναζήτησαν επίσης ποιες πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με το SUMO σε κάθε περίπτωση.
Αυτό που ανακάλυψαν ο Miller και η ομάδα ήταν ότι στη μικροβαρύτητα, 37 πρωτεΐνες είχαν αλληλεπιδράσει με το SUMO και ότι αυτές έδειξαν ότι τα επίπεδα έκφρασης είχαν αυξηθεί κατά 50% σε σύγκριση με την ίδια μέτρηση σε κύτταρα που εκτέθηκαν στην κανονική βαρύτητα της Γης. Από τις 37 πρωτεΐνες που επηρεάζονται, ορισμένες είναι ζωτικής σημασίας για την αποκατάσταση του κατεστραμμένου DNA, κάτι που μπορεί να προκληθεί στο διάστημα λόγω του αυξημένου κινδύνου έκθεσης στην κοσμική ακτινοβολία.
«Δεδομένου ότι το SUMO μπορεί να τροποποιήσει αρκετούς παράγοντες μεταγραφής, η εργασία μας μπορεί επίσης να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ελέγχει διάφορους καταρράκτες σηματοδότησης ως απόκριση στην προσομοίωση μικροβαρύτητας», δήλωσε ο Miller. Η ομάδα θα προσπαθήσει τώρα να ανακαλύψει εάν η έλλειψη αυτής της τροποποίησης SUMO σε επιλεγμένες πρωτεΐνες μπορεί πράγματι να είναι επιβλαβής για τα κύτταρα που εκτίθενται στη μικροβαρύτητα.