Облегчение костей в условиях невесомости: механизм и последствия

02.01.2017

Tatiana A. Romanova

В совместном исследовании россйских и японских ученых, опубликованном в декабрьском номере журнала Nature, предложен порядок событий и набор генов, отвечающих за развитие у рыб медака состояния острого остеопороза в условиях орбитальной микрогравитации.

Потеря костной массы у астронавтов – одна из острых проблем со здоровьем, наблюдющиеся в условиях космического полета продолжительностью в течение нескольких месяцев, и состояние сходно с широко распространенным старческим остеопорозом у обычных людей.

Рис: www.jax.org

Понимание возможной роли микрогравитации в потере костной массы представляет интерес для понимания эффектов механического стресса на изменение состояния костной ткани, равно как и потенциальное клиническое значение.

Ранние исследования показали, что изменение активности остеокластов – клеток, разрушающих костную ткань, и остеобластов – остеобразующих* клеток, начинается сразу после запуска на орбиту. В подтверждение тому, эксперименты in vitro в условиях краткосрочных параболических полетов, показывали изменения в экспрессии (активности) генов и цитоскелета человеческих хрящевых клеток (хондроцитов).

 Рис: www.jax.org

В условиях микрогравитации происходит ряд изменений в состоянии тела, такие как перераспределение жидкости, повышение кровяного давления и состояние головокружения. Плотность минерализации костной массы в условиях гравитации понижается, но не ясно каким образом остеокласты или остеобласты реагируют ранее на условия орбиты.   

 Рис: http://www.medicalj.ru

Учеными высказана идея ап-регуляции (повышения регуляции) генов osterix, osteocalcin, TRAP и MMP9 в условиях микрогравитации: поскольку кости – это самые плотные образования в теле, клетки остеобласты и остаокласты наиболее чувствительны к разрушению в ответ на изменение гравитации.

Специфические гены костной ткани osterix, osteocalcin могут обладать способностью отвечать на изменение гравитации, поскольку их активность одновременно повышалась в условиях космического эксперимента.

Транскриптомный анализ глоточных костей у группы рыб медака, которые были в экспериментальной группе на орбитальной станции, показал выраженное повышение регуляции 2-х генов остеобластов и 3-х генов остеокластов. Более детальный аназиз состояние генов рыб, в течение первых 6-ти дней на орбите показал повышение активности в генах c-fos, jun-B-like, pai-1, ddit4  и tsc22d3.

Рис: Acute transcriptional up-regulation specific..

Ранее другими исследователями было показано, что глюкокортикоидные гормоны повышают активность транскрипционного фактора AP1, который регулирует глюкокортикоидный рецептор (ГКР), связываясь с хроматином. ГКР, возможно, вовлечены и в изменение активности остеокластов, где AP-1 контролирует связывание ГКР. Также известно, что стресс повышает кровяное давление, что ведет к продукции в клетках сосудов оксида азота (NO), который и понижает давление.

Свежие исследования показали, что ГКР и NO действуют однонаправленно, в частности через изменение активности, в числе прочих, генов tsc22d3, ddit4, реагирующие на микрогравитацию в орбитальном полете.

Таким образом, предложено участие NO – ГКР сигнального пути через «микрогравитационный» стресс.

* остеобразующий - os (лат.) – кость

Татьяна Романова

Использование материалов допускается с обязательной ссылкой на источник JAPAN: SciNews