Невесомость изменяет экспрессию генов в Т-лимфоцитах

Для безопасности дальних космических перелетов необходимо знать, как пребывание в невесомости влияет на иммунную систему космонавтов. В журнале Science Advances вышло исследование, посвященное влиянию микрогравитации на изменение профиля транскрипции Т-лимфоцитов. Ученые обнаружили, что в условиях невесомости в CD3⁺ Т-лимфоцитах активируются гены, характерные для наивных лимфоцитов, а участвующие в активации и дифференцировке Т-клеток гены подавляются, но к третьей неделе пребывания в невесомости профиль транскрипции практически восстанавливается.

Условия невесомости создавались с помощью сухой иммерсии — метода, позволяющего симулировать невесомость в лаборатории. Добровольцев (восемь мужчин возрастом от 24 до 32 лет) помещали в иммерсионную ванну на 21 день и брали у них образцы крови за семь дней до начала эксперимента, на седьмой, 14-й и 21-й дни нахождения в иммерсионной ванне и на седьмой день после эксперимента. Затем из крови выделяли Т-лимфоциты и секвенированли РНК.

Анализ крови методом проточной цитометрии не выявил значительных различий в популяциях лимфоцитов, гранулоцитов и моноцитов в образцах крови, взятых до, во время и после воздействия невесомости. Также не изменялись на протяжении эксперимента пропорции CD4⁺, CD8⁺ Т-клеток и регуляторных Т-лимфоцитов.

РНК-секвенирование Т-лимфоцитов показало, что на седьмой день нахождения в условиях невесомости экспрессия 242 генов в Т-клетках была повышена, а экспрессия 569 генов — снижена по сравнению с клетками, полученными за семь дней до помещения испытуемых в иммерсионную ванну. На 14-й день наблюдались наибольшие изменения профиля транскрипции: повышение экспрессии было характерно для 994 генов, а снижение экспрессии — для 1343 генов. На 21-й день эксперимента изменения транскриптома оказались минимальными по сравнению с данными, полученными до начала эксперимента: только один ген экспрессировался сильнее.

GO-анализ выявил повышение экспрессии Т-клеточного рецептора (TCR) и наружных компонентов плазматической мембраны и снижение экспрессии ключевых регуляторов транскрипции и эпигенетических факторов. Повышенный уровень экспрессии был отмечен для хемокиновых рецепторов CCR2 и CCR10, компонента Т-клеточного рецептора CD3G и транскрипционных факторов FOXP3, EOMES и RORC. В целом анализ показал, что сухая иммерсия значительно изменяет транскриптом Т-клеток, что может быть опосредовано эпигенетическим перепрограммированием.

Дельнейший анализ показал, что в результате воздействия невесомости экспрессия генов в Т-клетках становится похожа на экспрессию в наивных Т-лимфоцитах. Изменения, отмеченные в T-лимфоцитах в этой работе, были сравнимы с результатами, полученными в близнецовом исследовании NASA.

Авторы также изучили изменение экспрессии рецептора интерлейкина 2 (IL-2R) и секреции интерлейкина 2 (IL-2), играющих важную роль в активации и дифференцировке Т-клеток. На седьмой и 14-й дни воздействия сухой иммерсии повышалось число транскриптов IL-2RA и IL-2RB (образующих IL-2R), хотя анализ обогащения набора генов показал общее снижение активации Т-лимфоцитов, а проточная цитометрия не выявила значительных изменений IL-2RA на поверхности CD3⁺ Т-лимфоцитов. Кроме того, уровни транскриптов IL-7R (важного для активации наивных Т-клеток) и ETS-1 (транскрипционного фактора, индуцирующего транскрипцию IL-2R и IL-7R) повышались под действием невесомости. Авторы считают, что невесомость изменяла сигнальные пути IL-2 и IL-7 и переключала Т-клетки на программу экспрессии генов, характерную для наивных Т-лимфоцитов.

Исследователи обнаружили, что микрогравитация влияла также на экспрессию длинных некодирующих РНК (днкРНК), выполняющих регуляторные функции. Сухая иммерсия вызывала нарушения регуляции днкРНК, которые потенциально могут изменять пролиферацию и дифференцировку Т-клеток в условиях микрогравитации.

Таким образом, исследование демонстрирует влияние микрогравитации на дифференцировку Т-лимфоцитов: в течение первых двух недель в условиях невесомости Т-лимфоциты ведут себя как наивные Т-клетки, однако к третьей неделе они адаптируются, и гены, участвующие в активации и дифференцировке Т-клеток, снова активируются.

Состав микробиома мышей связан с минеральной плотностью костной ткани в условиях микрогравитации