Анализ влияния факторов космического полета, моделируемых с помощью иммерсионного воздействия, на протеом крови здорового человека
ВВЕДЕНИЕ
Невесомость вызывает множество физиологических изменений, влияющих на сердечно-сосудистую, опорно-двигательную системы, вестибулярный аппарат и другие системы организма. В центре внимания космической физиологии были немедленные, экстренные, а также отсроченные адаптивные реакции различных систем организма на изменения гравитационной среды. Однако, в реальном космическом полете экспериментальные возможности ограничены. Ввиду сложностей – этических, логистических, технических - проведения физиологических исследований в условиях космического полета были созданы специализированные наземные экспериментальные комплексы для моделирования условий космического полета: наземные экспериментальные установки в Институте медико-биологических проблем. В них выполнялись эксперименты для исследования условий автономной жизнедеятельности, а также стенды с сухой и костюмной иммерсией и длительной антиортостатической гипокинезией.
СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1. Воздействие факторов космического полета на организм человека 7
2. Исследования по протеомике 7
3. «Сухая» иммерсия (СИ) 8
4. Влияние экспериментов по моделированию микрогравитации в «сухой» иммерсии на организм человека 9
5. Исследование протеома крови здоровых людей под воздействием моделируемой микрогравииации 11
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 14
1. Условия исследования 14
2. Объекты исследования 14
3. Сбор образцов крови 15
3.1 Сбор образцов плазмы 15
3.2 Сбор образцов капиллярной крови 15
4. Методы исследования 16
4.1 Подготовка проб плазмы и сухих пятен крови 16
4.2 LC- MS/MS протеомный анализ 16
4.3 Анализ данных 17
4.4 Статистические методы обработки данных 17
4.5 Методы биоинформатики 18
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 19
1. Изменения в составе белков плазмы добровольцев, участвовавших в 21-дневной «сухой» иммерсии 19
2. Динамика изменений белкового состава сухих пятен крови в 3-суточной «сухой» иммерсии 27
3. Динамика изменений уровня белков, обнаруживаемых в плазме, в 3-суточной СИ 33
4. Сравнение изменений в составе белков плазмы между 21-дневным и 3-дневным экспериментами СИ 41
ВЫВОДЫ 43
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 44
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Газенко О. Г., Григорьев А. И., Егоров А. Д. Реакции организма человека в космическом полете. Физиологические проблемы невесомости. М. «Медицина». 1990:с15-48.
2. Григорьев А.И., Егоров А.Д. Механизмы формирования гомеостаза при длительном пребывании в условиях микрогравитации.Авиакосмическая и экологическая медицина. 1998. №6. С.20-26.
3. Моруков И.Б., Рыкова М.П., Антропова Е.Н., Берендеева Т.А., Пономарев С.А., Моруков Б.В. Состояние остеокластактивирующей системы у космонавтов после длительных космических полетов на Международной космической станции. Авиакосмич. и экологич. мед., 2014, т.45, No.6, с.10-15.
4. Ларина И.М.,Суханов Ю.В.,Лакота Н.Г. Механизмы ранних реакций водно-электролитного обмена у человека в различных наземных моделях эффектов микрогравитации .Авиакосмическая и экологическая медицина. 1999;Т. 33. № 4. С.17 - 23.
5. Григорьев А.И., Баевский P.M. Концепция здоровья и проблема нормы в космической медицине. М.: «Слово». 2001, 96 с.
6. Пастушкова Л.Х., Пахарукова Н.А., Новоселова Н.М и др. Прямое протеомное профилСИование мочи и сыворотки крови человека в эксперименте с 5-суточной "сухой" иммерсией.Авиакосмическая и экологическая медицина. 2012. Т.46. №4. C.31.
7. Ulbrich C, Wehland M, Pietsch J, Aleshcheva G, Wise P, van Loon J, Magnusson N, Infanger M, Grosse J, Eilles C, Sundaresan A, Grimm D. The impact of simulated and real microgravity on bone cells and mesenchymal stem cells. Biomed Res Int. 2014:928507.
8. Allen DL, Bandstra ER, Harrison BC, Thorng S, Stodieck LS, Kostenuik PJ, Morony S, Lacey DL, Hammond TG, Leinwand LL, Argraves WS, Bateman TA, Barth JL. Effects of spaceflight on murine skeletal muscle gene expression. J Appl Physiol (1985). 2009 Feb;106(2):582-95.
9. Hatton DC, Yue Q, Dierickx J, Roullet C, Otsuka K, Watanabe M, Coste S, Roullet JB, Phanouvang T, Orwoll E, Orwoll S, McCarron DA. Calcium metabolism and cardiovascular function after spaceflight. J Appl Physiol (1985). 2002 Jan;92(1):3-12.
10. Reynolds RJ, Day SM, Nurgalieva ZZ. Mortality among Soviet and Russian cosmonauts: 1960-2013. Aviation, space, and environmental medicine.2014;85(7):750-754.
11. Crucian B, Sams C. Immune system dysregulation during spaceflight: clinical risk for exploration-class missions. Journal of leukocyte biology.2009;86(5):1017-1018.
12. Palinkas, L. A., Houseal, M. Stages of Change in Mood and Behavior During a Winter in Antarctica. Environment and Behavior,2000; 32(1):128–141.
13. Williams D, Kuipers A, Mukai C, Thirsk R. Acclimation during space flight: effects on human physiology. CMAJ. 2009 Jun 23;180(13):1317-23.
14. Aslam B, Basit M, Nisar MA, Khurshid M, Rasool MH. Proteomics: Technologies and Their Applications. J Chromatogr Sci. 2017 Feb;55(2):182-196.
15. Domon B, Aebersold R. Mass spectrometry and protein analysis. Science. 2006 Apr 14;312(5771):212-7.
Все острые и адаптивные эффекты, возникающие в физиологических системах человеческого организма в результате воздействия факторов космического полета, осуществляются с участием белков. Изменения физиологических систем организма динамически отражаются в белковом составе жидкостей организма, вовлеченных в ответную реакцию. Современные протеомные исследования активно нацелены на поиск биомаркеров различных патологических состояний, однако большой интерес представляет характеристика изменчивости состава белков в здоровых популяциях, когда исследования позволяют лучше определить физиологически нормальные уровни белков в организме (Григорьев и Баевский, 2001).
Клетки чувствительны к гравитации (Cogoli et al., 1984), которая оказывает влияние на их пролиферацию, рост, дифференциацию, передачу сигналов, форму, а также экспрессию генов в клетках. Отмечают, что длительное воздействие измененной гравитации может привести к генным мутациям (Najrana et al., 2016). Изменения в составе белков в условиях микрогравитации наблюдались во всех исследованиях протеомов изолированных клеток in vitro (Tedeschi et al., 2011; Rizzo et al., 2015). Однако не так много работ было проведено по анализу протеома плазмы в экспериментах с участием человека, моделирующих микрогравитацию (Pastushkova et al., 2015). Поэтому изучение белкового состава биологических образцов человека (крови, мочи, волос, слюны и материала биопсии мышц) на основе масс-спектрометрии (Nelson et al., 2014) является актуальной задачей.