Οι αστροναύτες που ταξιδεύουν σε διαστημικές πτήσεις εκτίθενται σε ένα εξαιρετικά εχθρικό περιβάλλον που χαρακτηρίζεται από μικροβαρύτητα, ακτινοβολία υψηλού επιπέδου και πολλούς άλλους ξένους παράγοντες. Συνολικά, αυτοί οι παράγοντες προκαλούν ένα ευρύ φάσμα φυσιολογικών αλλαγών, ειδικά σε κυτταρικό επίπεδο. Πιο συγκεκριμένα, η έκθεση του ανθρώπου στη μικροβαρύτητα μπορεί να προκαλέσει μυϊκή ατροφία, οστική απορρόφηση, ισοπέδωση του ματιού και καρδιαγγειακή αποκατάσταση. Το τελευταίο χαρακτηρίζεται από απώλεια αγγειακού τόνου, μειωμένο συνολικό όγκο αίματος και μειωμένη καρδιακή παροχή και μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές επιπλοκές στην υγεία των αστροναυτών.
Στην τρέχουσα μελέτη, οι επιστήμονες διερευνούν τις αλλαγές συμπεριφοράς που σχετίζονται με την καρδιαγγειακή απορρόφηση σε κυτταρικό επίπεδο. Για το σκοπό αυτό, ανθρώπινα αγγειακά λεία μυϊκά κύτταρα που καλλιεργήθηκαν στη μικροβαρύτητα και στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) υποβλήθηκαν σε μεταγραφική ανάλυση για τον προσδιορισμό των μηχανισμών που εμπλέκονται στην πιθανή ρύθμιση της οδού.
Σημαντικά ευρήματα
Σε σύγκριση με τα κύτταρα ελέγχου, τα οποία παρέμειναν στο επίπεδο του εδάφους, τα λεία μυϊκά κύτταρα των αγγείων της διαστημικής πτήσης εμφάνισαν διαφορική έκφραση περισσότερων από 4.422 γονιδίων, το 43% των οποίων ήταν ρυθμισμένα προς τα πάνω και το 57% προς τα κάτω. Η ανάλυση οδού των μεταγραφικών δεδομένων εντόπισε 28 μονοπάτια που αναστέλλονταν σημαντικά. Συγκριτικά, τα μονοπάτια σηματοδότησης φωσφατάσης και ομόλογου τενσίνης (PTEN) και ενεργοποιημένος από πολλαπλασιαστή υπεροξισώματος υποδοχέα α (PPARα)/υποδοχέα α ρετινοειδούς Χ (RXRα) ενεργοποιήθηκαν σημαντικά.
Τρία δίκτυα που σχετίζονται με διαφορικά εκφραζόμενα γονίδια ταυτοποιήθηκαν και αντιστοιχούσαν στην καρδιαγγειακή νόσο, καθώς και στην ανάπτυξη και λειτουργία του καρδιαγγειακού συστήματος. Η διαστημική πτήση επηρέασε επίσης έντονα αρκετά στοιχεία του μετατροπέα σήματος και ενεργοποιητή της μεταγραφής 3 (STAT3), τον πυρηνικό παράγοντα κB (NF-κB), την κινάση φωσφοϊνοσιτίδης 3 (PI3K)/AKT, τον επαγόμενο από την υποξία παράγοντα 1 α (HIF1α) και την ενδοθηλίνη- 1 μονοπάτια.
Εντοπίστηκαν επίσης συνολικά 22 καρδιαγγειακά μονοπάτια σηματοδότησης, τρία από τα οποία αναστάλθηκαν σημαντικά. Αυτά τα μονοπάτια εμπλέκονταν στη σηματοδότηση καρδιακής υπερτροφίας, στο ρόλο του πυρηνικού παράγοντα των ενεργοποιημένων Τ-κυττάρων (NFAT) στην καρδιακή υπερτροφία και στη σηματοδότηση καρδιακής υπερτροφίας. Πραγματοποιήθηκε επίσης ανάλυση γονιδιακής οντολογίας (GO) των σημαντικά επηρεασμένων διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων. Επιπλέον, οι σχολιασμοί GO χωρίστηκαν σε τρεις μητρικούς όρους της βιολογικής διεργασίας, του κυτταρικού συστατικού και της μοριακής λειτουργίας.
Τα περισσότερα από τα διαφορικά εκφραζόμενα γονίδια συσχετίστηκαν με εξωκυτταρικές διεργασίες και όρους αλληλεπίδρασης εξωκυτταρικής μήτρας. Η εξωκυτταρική περιοχή και χώρος ήταν οι πιο αντιπροσωπευόμενοι όροι κυτταρικών συστατικών. Η μοριακή λειτουργία περιελάμβανε διάφορους όρους δέσμευσης, όπως ηπαρίνη, εξωκυτταρική μήτρα και δέσμευση γλυκοζαμινογλυκάνης, καθώς και δομικό συστατικό εξωκυτταρικής μήτρας.
Η ανάλυση των όρων του κυτταρικού συστατικού και της μοριακής λειτουργίας αποκάλυψε σημαντικές αλλαγές στα γονίδια της εξωκυτταρικής μήτρας που σχετίζονται τόσο με την παραγωγή όσο και με την κυτταρική προσκόλληση. Η ανάλυση των όρων βιολογικής διεργασίας έδειξε εμπλουτισμό προσκόλλησης κυττάρου, κυττάρου-κυττάρου και ομοφιλικών κυττάρων. Αυτά τα ευρήματα υποδεικνύουν συλλογικά σημαντικές αλλαγές στη λειτουργία και τη δέσμευση της εξωκυττάριας μήτρας, καθώς και σε κυτταρικές διεργασίες που σχετίζονται με τον πολλαπλασιασμό, τη μετανάστευση και την αγγειογένεση σε αγγειακά λεία μυϊκά κύτταρα που εκτίθενται σε διαστημική πτήση.
Περαιτέρω ανάλυση αποκάλυψε ότι τα γονίδια που ρυθμίζονται προς τα πάνω συσχετίζονται με διαδικασίες και συστατικά που σχετίζονται με την κυτταρική διαίρεση. Συγκριτικά, τα προς τα κάτω ρυθμιζόμενα γονίδια συσχετίστηκαν με την κυτταρική προσκόλληση, τη μεταγωγή σήματος και διάφορες λειτουργίες δέσμευσης, συμπεριλαμβανομένης της δέσμευσης πρωτεΐνης, ιόντων ασβεστίου, ηπαρίνης και ιντεγκρίνης.
Σημαντικά αλλοιωμένη έκφραση γονιδίων που σχετίζονται με τη συστολή των λείων μυϊκών κυττάρων των αγγείων, συνθετικούς και οστεογενείς φαινοτύπους παρατηρήθηκαν κατά τη διάρκεια της διαστημικής πτήσης. Τα περισσότερα από τα συστατικά που σχετίζονται με αυτούς τους φαινοτύπους, συμπεριλαμβανομένης της άλφα-ακτίνης των λείων μυών (αSMA), των μεταλλοπρωτεϊνασών θεμέλιας ουσίας (MMPs) και των μορφογόνων πρωτεϊνών των οστών (BMPs), ρυθμίστηκαν προς τα κάτω σε αγγειακά λεία μυϊκά κύτταρα που εκτέθηκαν στη διαστημική πτήση.