Протеом сухих пятен крови космонавтов в течение 6-месячного полета

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для успешного освоения ближнего космического пространства, строительства напланетных баз и исследования планет Солнечной системы необходимо заполнить пробелы в понимании молекулярных механизмов ответа организма человека на условия космического полета (КП). В перспективе это даст возможность приблизиться к открытию потенциальных молекулярных мишеней для защиты от неблагоприятных процессов, протекающих в организме под действием условий КП. Целью работы была оценка влияния 6-месячного КП на протеом высушенных пятен крови космонавтов. В результате протеомного анализа выявлены процессы высоко и в средней степени обогащенные белками. Среди них определены процессы с достоверной динамикой на 7-ые сут КП, а также 3 и 6-й месяцы полета: кластеры процессов энергетики, презентации молекул на мембране, инициации иммунной защиты, протеостаза и метаболизма. Выявлены биологические процессы, в которых наиболее сильно снизилось представленность белков, что отразилось на ослаблении активности в презентации молекул на мембране, инициации иммунной защиты, а также в механизмах протеостаза в остром периоде адаптации к факторам начального этапа полета. Показано тесное взаимодействие с белками, участниками организации цитоскелета протеинов исчезающих или вновь появляющихся в протеоме высушенных пятен крови во время полета и относящихся к процессам, активность которых достоверно снизилась во время КП (иммунная система, протеостаз, метаболизм).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. М. Ларина

ФГБУН ГНЦ РФ - Институт медико-биологических проблем РАН

Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Россия, Москва

Д. Н. Каширина

ФГБУН ГНЦ РФ - Институт медико-биологических проблем РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Россия, Москва

Л. Х. Пастушкова

ФГБУН ГНЦ РФ - Институт медико-биологических проблем РАН

Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Россия, Москва

А. С. Кононихин

ФГБУН ГНЦ РФ - Институт медико-биологических проблем РАН; Сколковский институт науки и технологий

Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Россия, Москва; Сколково, Московская обл.

А. М. Носовский

ФГБУН ГНЦ РФ - Институт медико-биологических проблем РАН

Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Россия, Москва

А. Г. Бржозовский

ФГБУН ГНЦ РФ - Институт медико-биологических проблем РАН; Сколковский институт науки и технологий

Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Россия, Москва; Сколково, Московская обл.

Е. Н. Николаев

Сколковский институт науки и технологий

Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Россия, Сколково, Московская обл.

О. И. Орлов

ФГБУН ГНЦ РФ - Институт медико-биологических проблем РАН

Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. da Silveira W.A., Fazelinia H., Rosenthal S.B. et al. Сomprehensive multi-omics analysis reveals mitochondrial stress as a central biological hub for spaceflight impact // Cell. 2020. V. 183. № 5. P. 1185.
  2. Garrett-Bakelman F.E., Darshi M., Green S.J. et al. The NASA twins study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight // Science. 2019. V. 364. № 6436. P. eaau8650.
  3. Nguyen H.P., Tran P.H., Kim K.S., Yang S.G. The effects of real and simulated microgravity on cellular mitochondrial function // NPJ Microgravity. 2021. V. 7. № 1. P. 44.
  4. Indo H.P., Majima H.J., Terada M. et al. Changes in mitochondrial homeostasis and redox status in astronauts following long stays in space // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 39015.
  5. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. В 2-х т. / Пер. с англ. М.: Мир, 1984. Т. 1. 528 с.
  6. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. В 2-х т. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. Т. 2. 738 с.
  7. Шеффе Г. Дисперсионный анализ. 2-е изд. Пер. с англ. М.: Наука, 1980. 512 с.
  8. Buravkova L.B., Larina I.M., Andreeva E.R., Grigoriev A.I. Microgravity effects on the matrisome // Cells. 2021. V. 10. № 9. P. 2226.
  9. Geiger B., Bershadsky A., Pankov R., Yamada K.M. Transmembrane crosstalk between the extracellular matrix and the cytoskeleton // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2001. V. 2. № 11. P. 793.
  10. Leckband D.E., le Duc Q., Wang N., de Rooij J. Mechanotransduction at cadherin-mediated adhesions // Curr. Opin. Cell Biol. 2011. V. 23. № 5. P. 523.
  11. Park J.S., Burckhardt C.J., Lazcano R. et al. Mechanical regulation of glycolysis via cytoskeleton architecture // Nature. 2020. V. 578. № 7796. P. 621.
  12. Liu Z., Tan J.L., Cohen D.M. et al. Mechanical tugging force regulates the size of cell-cell junctions // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010. V. 107. № 22. P. 9944.
  13. Vogel V., Sheetz M. Local force and geometry sensing regulate cell functions // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006. V. 7. № 4. P. 265.
  14. Wang N., Butler J.P., Ingber D.E. Mechanotransduction across the cell surface and through the cytoskeleton // Science. 1993. V. 260. № 5111. P. 1124.
  15. Loisel T.P., Boujemaa R., Pantaloni D., Carlier M.F. Reconstitution of actin-based motility of Listeria and Shigella using pure proteins // Nature. 1999. V. 401. № 6753. P. 613.
  16. Kitamura K., Tokunaga M., Iwane A.H., Yanagida T. A single myosin head moves along an actin filament with regular steps of 5.3 nanometres // Nature. 1999. V. 397. № 6715. P. 129.
  17. Chan C.Y., Pedley A.M., Kim D. et al. Microtubule-directed transport of purine metabolons drives their cytosolic transit to mitochondria // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2018. V. 115. № 51. P. 13009.
  18. Srere P.A. The metabolon // Trends Biochem. Sci. 1985. V. 10. P. 109.
  19. Pedley A.M., Benkovic S.J. A new view into the regulation of purine metabolism: The purinosome // Trends Biochem. Sci. 2017. V. 42. № 2. P. 141.
  20. Wilson M.Z., Gitai Z. Beyond the cytoskeleton: Mesoscale assemblies and their function in spatial organization // Curr. Opin. Microbiol. 2013. V. 16. № 2. P. 177.
  21. Castellana M., Wilson M.Z., Xu Y. et al. Enzyme clustering accelerates processing of intermediates through metabolic channeling // Nat. Biotechnol. 2014. V. 32. № 10. P. 1011.
  22. French J.B., Jones S.A., Deng H. et al. Spatial colocalization and functional link of purinosomes with mitochondria // Science. 2016. V. 351. № 6274. P. 733.
  23. An S., Deng Y., Tomsho J.W. et al. Microtubule-assisted mechanism for functional metabolic macromolecular complex formation // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010. V. 107. № 29. P. 12872.
  24. Ingber D.E. Tensegrity I. Cell structure and hierarchical systems biology // J. Cell Sci. 2003. V. 116. Pt. 7. P. 1157.
  25. Milner D.J., Mavroidis M., Weisleder N., Capetanaki Y. Desmin cytoskeleton linked to muscle mitochondrial distribution and respiratory function // J. Cell Biol. 2000. V. 150. № 6. P. 1283.
  26. Boldogh I.R., Pon L.A. Mitochondria on the move // Trends Cell Biol. 2007. V. 17. № 10. P. 502.
  27. Anesti V., Scorrano L. The relationship between mitochondrial shape and function and the cytoskeleton // Biochim. Biophys. Acta. 2006. V. 1757. № 5–6. P. 692.
  28. Locatelli L., Cazzaniga A., De Palma C. et al. Mitophagy contributes to endothelial adaptation to simulated microgravity // FASEB J. 2020. V. 34. № 1. P. 1833.
  29. Jeong A.J., Kim Y.J., Lim M.H. et al. Microgravity induces autophagy via mitochondrial dysfunction in human Hodgkin’s lymphoma cells // Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. P. 14646.
  30. Mao X.W., Pecaut M.J., Stodieck L.S. et al. Spaceflight environment induces mitochondrial oxidative damage in ocular tissue // Radiat. Res. 2013. V. 180. № 4. P. 340.
  31. Schatten H., Lewis M.L., Chakrabarti A. Spaceflight and clinorotation cause cytoskeleton and mitochondria changes and increases in apoptosis in cultured cells // Acta Astronaut. 2001. V. 49. № 3–10. P. 399.
  32. Nikawa T., Ishidoh K., Hirasaka K. et al. Skeletal muscle gene expression in space-flown rats // FASEB J. 2004. V. 18. № 3. P. 522.
  33. Qu L., Chen H., Liu X. et al. Protective effects of flavonoids against oxidative stress induced by simulated microgravity in SH-SY5Y cells // Neurochem. Res. 2010. V. 35. № 9. P. 1445.
  34. Versari S., Villa A., Bradamante S., Maier J.A. Alterations of the actin cytoskeleton and increased nitric oxide synthesis are common features in human primary endothelial cell response to changes in gravity // Biochim. Biophys. Acta. 2007. V. 1773. № 11. P. 1645.
  35. Oyewole A.O., Birch-Machin M.A. Mitochondria-targeted antioxidants // FASEB J. 2015. V. 29. № 12. P. 4766.
  36. Epe B. DNA damage spectra induced by photosensitization // Photochem. Photobiol. Sci. 2012. V. 11. № 1. P. 98.
  37. Kvam E., Tyrrell R.M. Induction of oxidative DNA base damage in human skin cells by UV and near visible radiation // Carcinogenesis. 1997. V. 18. № 12. P. 2379.
  38. Zhuang S., Demirs J.T., Kochevar I.E. p38 mitogen-activated protein kinase mediates bid cleavage, mitochondrial dysfunction, and caspase-3 activation during apoptosis induced by singlet oxygen but not by hydrogen peroxide // J. Biol. Chem. 2000. V. 275. № 34. P. 25939.
  39. Michaletti A., Gioia M., Tarantino U., Zolla L. Effects of microgravity on osteoblast mitochondria: a proteomic and metabolomics profile // Sci. Rep. 2017. V. 7. № 1. P. 15376.
  40. Muller F.L., Liu Y., Van Remmen H. Complex III releases superoxide to both sides of the inner mitochondrial membrane // J. Biol. Chem. 2004. V. 279. № 47. P. 49064.
  41. Wu L., Pu Z., Feng J. et al. The ubiquitin-proteasome pathway and enhanced activity of NF-kappa B in gastric carcinoma // J. Surg. Oncol. 2008. V. 97. № 5. P. 439.
  42. Duncan E.D., Han K.J., Trout M.A., Prekeris R. Ubiquitylation by Rab40b/Cul5 regulates Rap2 localization and activity during cell migration // J. Cell Biol. 2022. V. 221. № 4. P. e202107114.
  43. Shi F., Wang Y.C., Hu Z.B. et al. Simulated microgravity promotes angiogenesis through rhoa-dependent rearrangement of the actin cytoskeleton // Cell Physiol. Biochem. 2017. V. 41. № 1. P. 227.
  44. Kleiger G., Mayor T. Perilous journey: a tour of the ubiquitin-proteasome system // Trends Cell Biol. 2014. V. 24. № 6. P. 352.
  45. Harris L.D., Jasem S., Licchesi J.D.F. The Ubiquitin System in Alzheimer’s Disease // Adv. Exp. Med. Biol. 2020. V. 1233. P. 195.
  46. Maejima Y. The critical roles of protein quality control systems in the pathogenesis of heart failure // J. Cardiol. 2020. V. 75. № 3. P. 219.
  47. Çetin G., Klafack S., Studencka-Turski M. et al. The Ubiquitin-Proteasome System in Immune Cells // Biomolecules. 2021. V. 11. № 1. P. 60.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Внутриполетная динамика обогащения белками биологических внутриклеточных процессов, относящихся к энергетике клетки.

Скачать (119KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Внутриполетная динамика обогащения белками биологических внутриклеточных процессов, относящихся к презентации молекул на мембране, инициации иммунной защиты.

Скачать (142KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Внутриполетная динамика обогащения белками биологических внутриклеточных процессов, относящихся к механизмам протеостаза.

Скачать (115KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Внутриполетная динамика обогащения белками биологических внутриклеточных процессов метаболизма.

Скачать (112KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Взаимодействия 10 белков, исчезающих или появляющихся (PSMD10) в образцах, собранных во время полета и относящихся к процессам, представленность которых достоверно снизилась во время космического полета (КП) (иммунная система, протеасомы и метаболизм).

Скачать (320KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Взаимодействия 10 белков, исчезающих или появляющихся (PSMD10) во время полета (заключенные в овал), относящихся к процессам, представленность которых достоверно снизилась во время космического полета (КП) (иммунная система, протеасомы и метаболизм), с белками организации цитоскелета. Кластеризация произведена с помощью метода к-средних.

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Взаимодействия 5 белков, относящихся к процессам энергетического метаболизма, представленность которых достоверно снизилась во время космического полета.

Скачать (293KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Взаимодействия 5 белков, относящихся к процессам энергетики, представленность которых достоверно снизилась во время космического полета (обведены овалом), с белками организации цитоскелета. Кластеризация произведена с помощью метода к-средних.

Скачать (983KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024