Как космический полет влияет на клетки сердца и легких

Исследователи из Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН изучили, как меняется структура цитоскелета и экспрессия генов, кодирующих его белки, в клетках сердца и легких мышей, более месяца находившихся в условиях микрогравитации. Оказалось, что относительное содержание белков-компонентов клеточного скелета после пребывания в космосе не меняется, а интенсивность экспрессии их генов — снижается. Это первое исследование, в котором выявлены процессы, происходящие под влиянием космического полета в клетках сердечной мышцы млекопитающего. Научная статья опубликована в журнале PLoS ONE.

В работе использовали самцов лабораторных мышей, которых отправили на Международную космическую станцию (МКС) с помощью автоматического грузового корабля Dragon 21 сентября 2014 года. На момент старта Dragon всем им было 16 недель. Мыши провели в американском сегменте МКС 33 дня, и еще 4 дня ушло на их транспортировку до станции. Затем грызунов умертвили и быстро заморозили. На Земле остались еще три группы их ровесников. Животных из первой группы подвергли эвтаназии через несколько часов после запуска основной группы в космос. Мышей из двух других групп оставили жить до того же дня, что и «космонавтов». Одна половина их это время обитала в условиях обычного вивария, другая — в условиях, имитирующих обстановку МКС.

Когда тела грызунов с МКС вернули на землю, из каждой группы мышей выборочно взяли по 5 тел и вырезали у них сердце и легкие. Правую часть сердца и одно легкое каждого грызуна заморозили в жидком азоте и в сухом льде отправили в Россию. Далее ученые подсчитали содержание белков цитоскелета в клетках, извлеченных из органов «космических» мышей, грызунов, убитых сразу после отправки корабля на МКС, и тех животных, кто жил на Земле, пока шел эксперимент на орбите. Левый желудочек сердца и второе легкое поместили в раствор для сохранения структуры РНК и тоже транспортировали в ИМБП. По составу нуклеотидов РНК и количеству ее молекул разных типов биологи определили, насколько интенсивно работает конкретный ген. Это возможно благодаря тому, что РНК образуются в результате «считывания» — экспрессии генов. Также ученые с помощью полимеразной цепной реакции оценили уровень метилирования ДНК в названных клетках. Чем он выше на конкретном участке ДНК, тем менее активно этот участок (т.е. ген) экспрессируется.

33 дня, проведенных в невесомости, не повлияли на белковый состав цитоскелета мышей. Соотношение компонентов в нем у мышей с МКС осталось таким же, как и у их «земных» сверстников. Однако состав РНК клеток сердец и легких грызунов, побывавших на орбите, изменился: среди молекул этого типа стало существенно меньше тех, на основе которых образуются белки цитоскелета. Изменилась и степень метилирования многих генов, кодирующих данные белки или их составные части. В целом можно сказать, что цитоскелет в легких и сердцах мышей после месяца в микрогравитации стал образовываться менее интенсивно.

Такие результаты в целом предсказуемы. Известно, что поперечнополосатые мышцы млекопитающих (в частности, крыс) после продолжительного нахождения в условиях космического полета становятся меньше и слабее. Большую часть объема мышечных волокон занимают именно белки цитоскелета — структуры, обеспечивающей клеткам форму. Кроме того, эти же белки, двигаясь друг относительно друга как по рельсам, обеспечивают сокращение и расслабление мышц. Логично предположить, что при атрофии мускулов в их волокнах «портится» цитоскелет. Как показало исследование российских ученых, так и происходит — притом не только в поперечнополосатых мышцах, необходимых человеку для движения в пространстве, но и в сердечной мышце, перегоняющей кровь по телу.