В семенниках мышей, побывавших в космосе, обнаружены эпигенетические изменения

Космические эксперименты на животных проводятся для того, чтобы досконально изучить действие внеземных условий на организм. В исследовании, проведенном сотрудниками Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН, оценивалось влияние невесомости на состояние тканей мужских репродуктивных органов — семенников и семявыносящих протоков мышей, которые побывали в космосе. Результаты этой работы опубликованы в журнале Scientific Reports.

Мыши были участниками эксперимента «Rodent Research-4» (RR-4), проведенного на МКС, куда они были доставлены на американском космическом корабле (экспедиция SpaceX-10) в феврале 2017 года. Животные провели на орбите три недели, после чего были подвергнуты эвтаназии и в замороженном виде возвращены на Землю. В рамках совместной программы NASA и Роскосмоса образцы их тканей были доставлены в ИМБП РАН. Контрольная группа мышей содержалась в аналогичных условиях на Земле.

По результатам предыдущих исследований на разных видах животных у специалистов были предположения, что условия микрогравитации (невесомость) влияют на подвижность сперматозоидов и на эффективность сперматогенеза. Однако механизмы этого влияния оставались неясными.

В тканях семенников и семявыносящих протоков мышей исследовали содержание некоторых белков. Прежде всего, ученых интересовали белки цитоскелета (бета и гамма-актин, альфа-актин 1 и 4, бета-тубулин и десмин), поскольку они необходимы для движения сперматозоидов. Сравнение уровня этих белков в тканях двух групп мышей, космических и контрольных, не выявило значимых изменений.

Затем ученые посмотрели белки, специфичные для различных стадий сперматогенеза. Их уровень у мышей в космосе не изменился. Но когда измерили степень экспрессии генов этих белков, нашли, что экспрессия повысилась у гена, кодирующего белок KDM5B — деметилазу гистонов. Этот белок служит маркером ранних сперматогониев, так как их дифференцировка в сперматоциты требует инактивации соответствующего гена. Увеличение экспрессии этого гена — показатель снижения сперматогенеза.

Разбираясь в механизмах, влияющих на активность генов, авторы работы исследовали содержание белков, участвующих в эпигенетических модификациях ДНК и белков-гистонов. Они не нашли изменений в уровне 5-гидроксиметилцитозина, который служит маркером степени метилирования ДНК. Не изменилось также содержание ферментов метилаз (DNMT1, DNMT3a) и деметилаз (TET1, TET2 и TET3). Но обнаружены изменения в экспрессии генов некоторых ферментов. Экспрессия гена Dnmt1 снизилась в семенниках, экспрессия Tet2 увеличилась в семенниках и протоках. Авторы предположили, что это может вести к снижению степени деметилирования ДНК.

Найдены некоторые изменения и в системе эпигенетических модификаций гистонов. В семенниках увеличилась экспрессия Hat1, гена ацетилазы гистонов, и снизилась экспрессия гена деацетилазы Hdac1. В протоках снизилась экспрессия гена деацетилазы Hdac1. Такие изменения в системе ацетилирования/деацетилирования гистонов могут приводить к ремоделированию хроматина и как следствие, к изменению экспрессии других генов.

Таким образом, эпигенетические изменения, возникшие в условиях микрогравитации, могут быть причиной изменения активности ключевых генов сперматогенеза в течение космического полета. Но для того, чтобы разработать оптимальную стратегию сохранения здоровья человека в космосе, требуются дополнительные исследования.

Первый автор статьи — доктор физ.-мат. наук Ирина Огнева, заведующая лабораторией биофизики клетки ИМБП РАН — ответила на вопросы корреспондента PCR.news.

Вы предполагали, что в условиях космоса у мышей возникнут именно эпигенетические изменения?

Надо уточнить, что мы получили не только эпигенетические изменения, но также изменения в уровне экспрессии генов и в содержании некоторых белков. А эти белки влияют не только на эпигенетику, но на многие другие процессы.

А проводились ли эксперименты с получением потомства мышей, побывавших в космосе?

Не так давно был проведен японский эксперимент, когда мышей в течение 9 месяцев экспонировали на МКС, а их замороженные сперматозоиды использовали для оплодотворения на Земле и получили здоровое потомство. Но в этом эксперименте в основном оценивали влияние факторов ионизирующего излучения, а не невесомости. И это были сперматозоиды, а не живые мыши.

Наверное, чтобы оценить влияние космических условий на репродуктивное здоровье человека, нужно что-то изучить и на людях. В одном из своих интервью вы говорили, что космонавты отказываются сдавать образцы спермы во время полета на МКС. Этот вопрос закрыт или все же такие исследования планируются?

Мы очень надеемся, что когда-нибудь что-то подобное будет сделано, ведь такой биоматериал очень легко получить.