Eine neue Studie hat Einblicke darüber gegeben, wie Zellen die im Weltraum erlebte Schwerelosigkeit wahrnehmen und darauf reagieren. Die Informationen könnten nützlich sein, um Astronauten bei zukünftigen Weltraummissionen gesund zu halten.
Die Schwerkraftbedingungen im Weltraum, bekannt als Mikrogravitation, lösen eine einzigartige Reihe von zellulären Stressreaktionen aus. In der neuen Arbeit fanden die Forscher heraus, dass der Proteinmodifikator SUMO eine Schlüsselrolle bei der zellulären Anpassung an die simulierte Mikrogravitation spielt.
„Unter normalen Schwerkraftbedingungen ist SUMO dafür bekannt, auf Stress zu reagieren und eine entscheidende Rolle bei vielen zellulären Prozessen zu spielen, einschließlich der Reparatur von DNA-Schäden, der Regulation des Zytoskeletts, der Zellteilung und des Proteinumsatzes“, sagte Forschungsteamleiterin Rita Miller, Professorin für Biochemie und Molekularbiologie an der Oklahoma State University in Stillwater. „Dies ist das erste Mal, dass gezeigt wurde, dass SUMO eine Rolle bei der Reaktion der Zelle auf die Mikrogravitation spielt.“
Jeremy Sabo, ein Doktorand in Millers Labor, wird die Ergebnisse unter präsentieren Entdecken Sie BMBdem Jahrestreffen der American Society for Biochemistry and Molecular Biology, 25.–28. März in Seattle.
SUMO kann über zwei Arten von chemischen Bindungen mit Proteinen interagieren: eine kovalente Bindung an ein Ziellysin oder nichtkovalente Wechselwirkungen mit einem Bindungspartner. Die Forscher untersuchten beide Arten von Wechselwirkungen in Hefezellen, einem Modellorganismus, der häufig zur Untersuchung zellulärer Prozesse verwendet wird. Sie analysierten Zellen, die sechs Zellteilungen durchlaufen hatten, entweder in normaler Erdgravitation oder in Mikrogravitation, die mit einem von der NASA entwickelten spezialisierten Zellkulturgefäß simuliert wurde.
Um zu verstehen, welche zellulären Prozesse durch den Stress der Mikrogravitation beeinflusst wurden, begannen sie mit dem Vergleich der Proteinexpressionsniveaus für Zellen, die den jeweiligen Schwerkraftbedingungen ausgesetzt waren. Um herauszufinden, was diese Proteinveränderungen antreibt, untersuchten sie mithilfe der Massenspektroskopie genauer, welche dieser Proteine mit SUMO interagierten.
In den Mikrogravitationszellen identifizierten die Forscher 37 Proteine, die physikalisch mit SUMO interagierten und Expressionsniveaus aufwiesen, die sich um mehr als 50 % von denen der Gravitationszellen der Erde unterschieden. Zu diesen 37 Proteinen gehörten auch solche, die für die Reparatur von DNA-Schäden wichtig sind, was bemerkenswert ist, da Strahlenschäden im Weltraum ein ernstes Risiko darstellen. Andere Proteine waren an der Energie- und Proteinproduktion sowie an der Aufrechterhaltung der Zellform, der Zellteilung und dem Proteintransport innerhalb der Zellen beteiligt.
Das Video zeigt die RWVs im Einsatz. Hefe wächst in den vier RWVs, während sich jeder mit 30 U/min dreht. Das gesamte System befindet sich in einem Inkubator bei 30 Grad Celsius, der optimalen Wachstumstemperatur für S. cerevisiae. Bildnachweis: Jeremy Sabo, Oklahoma State University
„Da SUMO mehrere Transkriptionsfaktoren modifizieren kann, kann unsere Arbeit auch zu einem besseren Verständnis dessen führen, wie es verschiedene Signalkaskaden als Reaktion auf simulierte Mikrogravitation steuert“, sagte Miller.
Als nächstes wollen die Forscher feststellen, ob das Fehlen der SUMO-Modifikation an bestimmten Proteinen für die Zelle schädlich ist, wenn sie der simulierten Mikrogravitation ausgesetzt ist.
Mehr Informationen:
Jeremy Sabo wird diese Forschungsergebnisse am Dienstag, den 28. März, von 16:00 bis 17:30 Uhr PDT in der Ausstellungshalle 4AB des Seattle Convention Center (Plakattafel Nr. 330) vorstellen.