מסע בחלל משנה את תפקוד תאי כלי הדם האנושיים, מגלה מחקר

במחקר שפורסם לאחרונה ב NPJ Microgravity, מדענים חוקרים את ההשפעה של טיסה בחלל על תאי שריר חלק של כלי דם אנושיים ברמה התעתיק.

לימוד: השפעות טיסה בחלל על הפנוטיפ והתפקוד של תאי שריר חלק של כלי הדם האנושיים. קרדיט תמונה: Cinefootage Visuals / Shutterstock.com

רקע כללי

אסטרונאוטים הנוסעים בחלל נחשפים לסביבה עוינת מאוד המאופיינת במיקרו-כבידה, קרינה ברמה גבוהה וגורמים זרים רבים אחרים. ביחד, גורמים אלו גורמים למגוון רחב של שינויים פיזיולוגיים, במיוחד ברמה התאית.

ליתר דיוק, חשיפה של בני אדם למיקרו-כבידה עלולה לגרום לניוון שרירים, ספיגת עצם, השטחת העין והפרעות קרדיווסקולריות. האחרון מאופיין באובדן טונוס כלי הדם, ירידה בנפח הדם הכולל וירידה בתפוקת הלב, והוא יכול להוביל לסיבוכים בריאותיים חמורים אצל אסטרונאוטים.

במחקר הנוכחי, מדענים חוקרים שינויים התנהגותיים הקשורים להפרעות קרדיווסקולריות ברמה התאית. לשם כך, תאי שריר חלק של כלי דם אנושיים שהתרביתו במיקרו-כבידה ועל סיפון תחנת החלל הבינלאומית (ISS) עברו ניתוח טרנסקריפטומי כדי לקבוע את המנגנונים המעורבים בוויסות המסלול הפוטנציאלי.

ממצאים חשובים

בהשוואה לתאי בקרה, שנותרו בגובה הקרקע, תאי שריר חלק כלי דם בטיסות חלל הציגו ביטוי דיפרנציאלי של למעלה מ-4,422 גנים, 43% מהם עברו ויסות ו-57% הורדו.

ניתוח המסלולים של נתונים טרנסקריפטומיים זיהה 28 מסלולים שהיו מעוכבים באופן משמעותי. באופן השוואתי, מסלולי איתות ה-phosphatase and tensin (PTEN) ו-peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα)/retinoid X receptor α (RXRα) מסלולים הופעלו באופן משמעותי.

שלוש רשתות הקשורות לגנים המבוטאים בצורה דיפרנציאלית זוהו והתאימו למחלות לב וכלי דם, כמו גם להתפתחות ולתפקוד מערכת הלב וכלי הדם.

טיסה בחלל השפיעה מאוד גם על מספר מרכיבים של מתמר האותות והמפעיל של שעתוק 3 (STAT3), גורם גרעיני κB (NF-κB), phosphoinositide 3 קינאז (PI3K)/AKT, פקטור 1 α (HIF1α) הגורם להיפוקסיה, ואנדותלין- 1 מסלולים.

סה"כ זוהו גם 22 מסלולי איתות קרדיווסקולריים, שלושה מהם עוכבו באופן משמעותי. מסלולים אלו היו מעורבים באיתות היפרטרופיה לבבית, תפקיד הגורם הגרעיני של תאי T פעילים (NFAT) בהיפרטרופיה לבבית ובאותות היפרטרופיה לבבית.

בוצעה גם ניתוח אונטולוגיה של גנים (GO) של גנים מושפעים באופן משמעותי. יתרה מכך, הערות GO חולקו לשלושה מונחי אב של תהליך ביולוגי, רכיב תאי ותפקוד מולקולרי.

רוב הגנים המובעים בצורה דיפרנציאלית היו קשורים לתהליכים חוץ-תאיים ולמונחי אינטראקציה של מטריקס חוץ-תאיים. אזור ומרחב חוץ-תאי היו המונחים המרכיבים התאיים המיוצגים ביותר. התפקוד המולקולרי כלל מספר מונחים מחייבים, כגון הפרין, מטריצה ​​חוץ-תאית וקשירת גליקוזאמינוגליקן, וכן מרכיב מבני מטריצה ​​חוץ-תאית.

הניתוח של מרכיבי תאי ומונחי תפקוד מולקולרי חשף שינויים משמעותיים בגנים של מטריקס חוץ-תאי הקשורים הן לייצור והן להיצמדות התאית. הניתוח של מונחי תהליך ביולוגי הראה העשרה של הידבקות תא, תא-תא ותאים הומופיליים.

ממצאים אלה מצביעים ביחד על שינויים משמעותיים בתפקוד המטריצה ​​החוץ-תאית ובקישור, כמו גם תהליכים תאיים הקשורים לשגשוג, נדידה ואנגיוגנזה בתאי שריר חלק וכלי דם החשופים לטיסות חלל.

ניתוח נוסף גילה כי גנים מווסתים היו קשורים לתהליכים ורכיבים הקשורים לחלוקת תאים. באופן השוואתי, גנים עם ויסות מטה היו קשורים להידבקות תאית, העברת אותות ותפקודי קישור שונים, כולל חלבון, יון סידן, הפרין וקשירת אינטגרין.

שינוי משמעותי בביטוי של גנים הקשורים להתכווצות תאי שריר חלק בכלי הדם, פנוטיפים סינתטיים ואוסטאוגניים נצפו במהלך טיסה בחלל. רוב הרכיבים הקשורים לפנוטיפים אלו, כולל אלפא-אקטין שריר חלק (αSMA), מטריצת מטלופרוטאנאז (MMPs) וחלבונים מורפוגניים של עצם (BMPs), היו מווסתים מטה בתאי שריר חלק וסקולריים שנחשפו לטיסות חלל.

משמעות המחקר

המחקר הנוכחי מדווח על הפחתה בפנוטיפ ההתכווצות של תאי שריר חלק של כלי הדם שנחשפו לטיסות בחלל. נראה שגם תאים אלו עוברים מעבר פנוטיפ לפנוטיפ סינתטי או אוסטאוגני. בנוסף, הביטוי המווסת למטה של ​​רוב הגנים שזוהו מצביע על כך שחשיפה לטיסות חלל גורמת לעיכוב תעתיק רחב בתאי שריר חלק של כלי הדם.

בהתחשב בתפקוד ללא שינוי של תהליכים תאיים מסוימים במהלך טיסה של 72 שעות בחלל, המדענים משערים שתאי שריר חלק של כלי הדם עשויים להסתגל למיקרו-כבידה כאשר הם נחשפים לסביבת החלל במשך יותר מ-72 שעות. עם זאת, שינויים גנטיים עשויים להוביל יחד לשינוי בתפקוד תאי השריר החלק של כלי הדם.

יש צורך במחקרים עתידיים כדי לקבוע את המנגנונים הספציפיים שבאמצעותם תאים משנים את התנהגותם בתגובה לטיסות בחלל.