משך הטיסה בחלל משפיע על סמני הלחץ של חלבון השריר

במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת נוגדי חמצון, חוקרים ניתחו דגימות שרירים מאסטרונאוטים משימות ארוכות (LDM) ואסטרונאוטים משימות קצרות (SDM) כדי לחקור את ההשפעות של טיסה בחלל על ניטרוזילציה של חלבון שריר. הם מצאו שאסטרונאוטים מסוג LDM הראו ביטוי קרוב לנורמלי של sarcolemmal NOS1 (קיצור של nitric oxide synthase type-1) וניטרוסילציה יתר של חלבונים פונקציונליים לאחר טיסות מוקדמות, מה שמצביע על הסתגלות שרירים. יתר על כן, אסטרונאוטים SDM הציגו s-nitrosylation של חלבוני שטף גליקוליטי, חלבוני מחזור חומצה טריקרבוקסילית (TCA) וחלבוני שרשרת נשימה, מה שמצביע על פגיעה בייצור אדנוזין טריפוספט (ATP) והתכווצות שרירים.

מחקר: מתח ניטרוסטיבי בשריר השלד של האסטרונאוט בטיסות בחלל. קרדיט תמונה: Summit Art Creations / Shutterstock

רקע כללי

נראה כי אסטרונאוטים, במיוחד במהלך LDMs, עוברים אובדן שרירים וירידה בתפקוד, המנגנונים שבבסיסם אינם מובנים היטב. מחקרים עדכניים דורשים מחקרים ממוקדים על מנגנונים מולקולריים של אי שימוש והסתגלות שרירים ושלד, איבוד שרירים ועצם, תזונה ואופטימיזציה של פעילות גופנית כאמצעי נגד לחקר החלל העמוק עתידי. הוכח כי חשיפה ארוכת טווח לתנאי חלל גורמת לשינויים בגנים ובמסלולי חיזור, מה שמוביל ללחץ חמצוני/חנקתי ולבזבוז שרירים. שריר השלד, מקור עיקרי של תחמוצת החנקן (NO) בגוף, נמצא כעובר שינויים פיזיולוגיים משמעותיים בחלל, המשפיעים על התפתחות, גדילה וסובלנות לפעילות גופנית.

במחקר הנוכחי, החוקרים מדווחים על העדויות ממחקר MUSCLE IOPSY שנערך בתחנת החלל הבינלאומית (ISS), אשר חקר דפוסי לוקליזציה סרקולמליים של NOS1 ושינויים דיפרנציאליים ברמות חלבון SNO בשרירי הסולאוס של האסטרונאוטים, ומספקים תובנות לגבי ההשפעה של מיקרו-כבידה על פיזיולוגיה של שרירים וסמנים ביולוגיים פוטנציאליים לניטור בריאות השרירים במהלך טיסה בחלל.

לגבי המחקר

המחקר הנוכחי כלל שישה אנשי צוות ISS גברים מסוכנויות חלל אמריקאיות, יפניות ואירופיות, עם משתתף אחד ב-SDM (9 ימים) וחמישה ב-LDM (~180 ימים). האסטרונאוט SDM לא ביצע תרגיל בטיסה, בניגוד לאסטרונאוטים LDM. מדדי מסת גוף ופרטי אמצעי נגד פעילות גופנית התקבלו מהמשתתפים. דגימות ביופסיה לפני ואחרי טיסה משריר הסולאוס הימני (שריר שלד שוק מרכזי) נאספו ונותחו. ניתוחי קריוסקופ מגושי רקמה קפואים נצבעו חיסוני עבור NOS1, הומחזו בנוגדנים משניים פלואורסצנטיים, והצטלמו באמצעות מיקרוסקופ קונפוקאלי לכימות אותות תת-תאי ועברו ל-S-nitrosoproteomics באמצעות אלקטרופורזה דיפרנציאלית של CyDye-Maleimide דו-ממדית (Nitro-DIGE). זיהוי החלבון בוצע על ידי ספירת לייזר בסיוע מטריצה ​​בזמן טיסה ספקטרומטריית מסה (MALDI-ToF MS), ובוצעה אימונובלוטינג עבור חלבונים נבחרים. חומצה ריבונוקלאית (RNA) הופקה מהדגימות, ו-PCR כמותי (qPCR) בוצע לניתוח רמות ביטוי גנים של NOS1. ניתוח סטטיסטי כלל שימוש במבחן הנורמליות של פירסון-ד'אוגוסטינו, סטודנטים מזווגים ולא מזווגים ט-מבחן, מבחן מאן-וויטני, ויישום שיעור גילוי שגוי.

תוצאות ודיון

שניים משלושת האסטרונאוטים של ה-LDM הראו שינוי של פי 2 עד 2.5 ברמות תמליל NOS1 בדגימות שרירי הסולאוס לאחר הטיסה בהשוואה לקדם טיסה, בעוד שלא נצפה שינוי משמעותי באסטרונאוט SDM. ניתוח אימונוקליזציה גילה הפחתה בסרקולמה NOS1 בדגימת האסטרונאוט SDM לאחר הטיסה בהשוואה לקדם טיסה. לעומת זאת, אצל לפחות שניים מהאסטרונאוטים של ה-LDM, חלה עלייה במיקום NOS1 תת-סרקולי לאחר הטיסה. עם זאת, בעוד אסטרונאוט LDM אחד לא הראה שינוי, אסטרונאוט LDM אחר הראה NOS1 מופחת לאחר הטיסה. הירידה שנצפתה באסטרונאוט SDM נמנעה באסטרונאוטים LDM, מה שמצביע על ההשפעות החיוביות הפוטנציאליות של פעילות גופנית ממוקדת בטיסה על ביטוי NOS1 תת-סרקולמלי בשריר הסולאוס. בנוסף, ניתוח כמותי של רמות חלבון NOS1 ב-soleus lysates הראה שינויים באסטרונאוטים LDM בהשוואה לזה שב-SDM.

ניתוח Nitro-DIGE הראה דפוסי ניטרוסילציה דיפרנציאליים בחלבונים הקשורים לחילוף חומרים אנרגטי, תגובת מתח והתכווצות שרירים. בדגימת SDM, שמונה חלבונים הראו שינויים משמעותיים הן בניטרוסילציה והן בשפע. עם זאת, בדגימות ה-LDM, רק חלבון אחד הציג ניטרוסילציה דיפרנציאלית. יש לציין שב-SDM, פרוקטוז-ביספוספט אלדולאז A ושרשרת קלה של מיוזין 3 היו בניטרוסילציה יתרה, בעוד שב-LDM, UQCRC1 (קיצור של Human ubiquinol cytochrome c reductase core protein 1) הראה ירידה בניטרוסילציה למרות השפע המוגבר. Immunoblotting הצביע על ירידה ברמות אלכוהול dehydrogenase 5/S-nitrosoglutathione reductase (ADH5/GSNOR) ו- thioredoxin reductase 1 (TXNRD1) באסטרונאוטים SDM ו-LDM, עם שינויים משמעותיים שנצפו ב-ADH5 עבור LDM.

ממצאים אלו מצביעים על שינויים מורכבים בניטרוסילציה ושפע חלבון בתגובה לחשיפה למיקרו-כבידה, העלולים להשפיע על מסלולי מתח ניטרוסטיבי בהסתגלות השרירים במהלך טיסות לחלל. מגבלות המחקר כוללות מספר מצומצם של משתתפים, דגימות ביופסיה מוגבלות והיעדר בקרות ללא הפעלת טיסה עקב אילוצים אתיים.

סיכום

לסיכום, המחקר גילה כי בעוד פרוטוקולי התעמלות בטיסה ב-ISS עשויים למתן חלקית את הנקע הסרקולמלי של NOS1 בשריר השוק, ניטרוסילציה יתר של חלבוני שריר חיוניים ורמות מופחתות של אנזימי דניטרוסילאז מצביעים על פגיעה בהומאוסטזיס חיזור בשרירי האסטרונאוט ללא קשר למיקרו-כבידה. מֶשֶׁך. יש צורך בניתוח נוסף של דפוסי ניטרוסילציה של חלבון שריר על פני קבוצות שרירים שונות כדי לקבוע אם דפוסים אלה משקפים מנגנוני הגנה או מזיקים בהסתגלות למיקרו-כבידה. אמצעי נגד עתידיים בטיסה ופרוטוקולי התאוששות צריכים לשקול תוספת תזונתית כדי למזער מתח ניטרוסטיבי שרירי ולהבטיח בריאות וביצועים של הצוות במהלך משימות חקר חלל עמוק.