Изменения транскриптома лейкоцитов у астронавтов указывают на подавление иммунитета

Полеты в космос негативно сказываются на большинстве физиологических процессов. В условиях микрогравитации кровь перераспределяется из нижней части тела в верхнюю, при этом общий объем циркулирующей крови снижается на 10–15%. При возвращении на Землю кровь опять перераспределяется по организму, и её объём увеличивается. Эти процессы влияют на концентрацию клеток в крови. Было показано, что у астронавтов на 17% повышается уровень лейкоцитов, что сопровождается нарушением функций иммунных клеток после возвращения на Землю. Известно, что участники длительных миссий на Международной космической станции (МКС) восприимчивы к инфекциям, у них отмечаются респираторные и дерматологические заболевания. Также есть данные, что в организме астронавтов могут реактивироваться «спящие» вирусы, такие как герпесвирус. Эти позволяет предположить, что коспические путешествия ослабляют иммунную систему.

Ранее ученые исследовали транскриптомные профили двух близнецов — Скотта и Марка Келли; Скотт почти год провел на МКС, а Марк оставался на Земле. У Скотта, в частности, были обнаружены транскрипционные изменения в CD4 и CD8 Т-клетках и CD19 В-лимфоцитах. Авторы нового исследования сравнили транскриптомы лейкоцитов у нескольких астронавтов в разные временные промежутки — до полета, во время и после.

В исследовании приняли участие 11 астронавтов и 3 астронавтки, находившиеся на МКС в среднем около полугода (не менее четырех месяцев). От них были получены образцы крови за 90 и 60 дней до отправления, 4 образца во время пребывания на МКС и 5 образцов после возвращения на Землю. Из крови выделили лейкоциты, из которых затем получили и отсеквенировали РНК.

Ученые обнаружили временны́е изменения экспрессии 276 генов. На основании z-score гены были поделены на два кластера: C1 включал 247 генов, C2 — 29 генов. Кластеры зеркально отражали друг друга: экспрессия в определенные промежутки времени у C1 и C2 изменялась в противоположных направлениях. Оба кластера показали противоположные паттерны изменения экспрессии до отправления, во время нахождения в космосе и после возвращения. Так, экспрессия C1 снижалась после 8-12 дней пребывания в космосе, но увеличивалась на первые сутки после приземления. Экспрессия C2, напротив, повышалась в космосе и снижалась на Земле. Кластер C1 включает в основном белок-кодирующие гены (68,8%), а также 19,4% длинных некодирующих РНК (днкРНК, lncRNA) и 11,7% других типов РНК. Кластер C2 на 93,1% состояли из белок-кодирующих генов.

Анализ обогащения по функциональной принадлежности показал, что кластеры отвечают за разные функции. Для C1 чаще встречались термины «регуляция иммунной системы», «развитие лимфоидных органов» и «активация лейкоцитов и лимфоцитов», в то время как для C2 — функции, ассоциированные с молекулярной регуляцией, например, «ДНК-связывающий транскрипционный фактор». Интересно, что вторым по распространенности в этой группе термином была «регуляция уровня жидкости в организме».

Отправление в космос понизило экспрессию 112 генов и увеличило экспрессию восьми генов. Наиболее значительными были изменения экспрессии были при возвращении на Землю: экспрессия 16 генов понизилась, а 135 повысилась. Пребывание в космосе повлияло на гены, отвечающие за «пролиферацию клеток», «дифференцировку клеток» и «организацию клеточного компонента». Для возвращения на Землю характерны другие процессы — «внутриклеточный транспорт» и «белковый транспорт и локализация» в одном кластере и «активация лейкоцитов» и «развитие лимфоидных органов» в другом.

Из 276 генов у 100 была снижена экспрессия в космосе, но повышена по возвращении на Землю. Значимых отличий между транскриптомами до полета и спустя год после него не было обнаружено.

В целом транскриптомные изменения, связанные с полетом в космос, указывают на подавление иммунитета, активацию адаптивных функций клеток, генов «домашнего хозяйства», снижение пролиферации. Возвращение на Землю реактивирует нормальные функции клеток и иммунный статус. Теперь ученым предстоит использовать полученные сведения, чтобы поддержать иммунитет по время долгих космических полетов.

Как длительное пребывание в космосе влияет на мозг