Mikrotyngdekraft fundet at forårsage markante ændringer i genekspressionsrytmer hos mennesker

Simulerede effekter af mikrotyngdekraft, skabt af 60 dages konstant sengeleje, forstyrrer alvorligt rytmisk genekspression hos mennesker, ifølge en ny undersøgelse fra University of Surrey offentliggjort i iScience .

Astronauter udsat for mikrotyngdekraft oplever ændringer i fysiologien, herunder immunundertrykkelse, øget inflammation og reduceret muskelmasse og knogletæthed. Med stigningen i menneskelig rumflyvning er det vigtigt at forstå ændringer i de molekylære mekanismer, der ligger til grund for disse ændringer.

Hovedforfatter professor Simon Archer, professor i molekylærbiologi af søvn ved University of Surrey, sagde:"Denne unikke undersøgelse repræsenterer det største longitudinelle datasæt af tidsseriegenekspression hos mennesker. Menneskets genekspression varierer rytmisk over 24-timers døgnet, og det er vigtigt at indsamle tidsseriedata i stedet for kun fra enkelte tidspunkter for at få et fuldstændigt billede af, hvad der sker i kroppen, når den udsættes for simuleret mikrotyngdekraft.

"Det rejser også spørgsmål om virkningen af ​​konstant sengeleje på vores kroppe, da vi har identificeret en dramatisk effekt på den tidsmæssige organisering af menneskets genekspression."

I en undersøgelse koordineret af European Space Agency på MEDES-rumklinikken i Toulouse gennemførte 20 mænd en 90-dages protokol bestående af to ugers baseline før 60 dages konstant sengeleje i en -seks graders hoved-ned-vippevinkel til simulere virkningerne af mikrotyngdekraft oplevet af astronauter. Protokollen sluttede med to ugers bedring.

Forskerholdet analyserede genekspression over en 24-timers tidsserie i løbet af to dage i baseline, tre dage i sengeleje og en gang i bedring. Resultaterne viste, at 91 % af genekspressionen var påvirket af protokollen med stor forstyrrelse af antallet, timingen og amplituden af ​​rytmiske gener, som viser ændringer i deres mRNA hver 24. time.

Forstyrret genekspression er forbundet med proteinoversættelse, immun- og inflammatoriske processer og nedsat muskelfunktion. Under restitutionsperioden blev forstyrrelse af muskelfunktionen genoprettet; varige effekter blev imidlertid identificeret med proteintranslation.

Seniorforfatter professor Derk-Jan Dijk, professor i søvn og fysiologi og direktør for Surrey Sleep Research Center, sagde:"Rumrejser blev engang anset for at være uopnåelige, men rumindustriens vækst betyder, at det nu er en reel mulighed. Meget er stadig ukendt om mikrotyngdekraftens indvirkning på kroppen, og det er vigtigt, at vi ved mere om dette, før vi begynder at 'ferie' i rummet.

"Med udgangspunkt i det, vi har fundet, vil anden del af vores undersøgelse, ved hjælp af den samme kohorte af mænd, undersøge den indvirkning mikrotyngdekraften har på søvn, døgnrytmer og hormoner hos individer."

Professor Keith Ryden, professor i rumteknik og direktør for Surrey Space Center, sagde:"Menneskelig rumflyvning er meget på dagsordenen igen med astronauter, der snart vender tilbage til månen via NASA's Artemis-projekt sideløbende med væksten i rumturismen. Derudover er nye planer er på plads for en britisk astronaut, der skal til ISS i 2025 via UKSA Axiom-programmet.

"Det er fantastisk at se, at University of Surrey, der er kendt for sin rumforskning, med denne nye publikation lægger grundlaget for, hvordan man bedre kan styre rummiljøets påvirkning på rumrejsende og sikre deres sikkerhed."

Flere oplysninger: Simon N. Archer et al., Omfattende dynamiske ændringer i det menneskelige transkriptom og dets cirkadiske organisering under længere sengeleje, iScience (2024). DOI:10.1016/j.isci.2024.109331

Journaloplysninger: iScience

Leveret af University of Surrey