خبرگزاری آریا - پژوهشگران دریافتند شرایط بیوزنی در ایستگاه فضایی بینالمللی با کاهش فعالیت میتوکندری، تولید پروتئین در سلولهای انسانی و جانوری را مختل میکند؛ یافتهای مهم برای سلامت فضانوردان و درمان ضعف عضلانی.
پژوهشگران دریافتهاند که قرار گرفتن در معرض ریزگرانش در ایستگاه فضایی بینالمللی باعث میشود میتوکندریها در سلولهای انسانی و همچنین در کرمهای آزمایشگاهی، پروتئینهای کمتری تولید کنند.
به نقل از نیچر، این پژوهش همچنین یک مسیر مولکولی ناشناخته را شناسایی کرده است که اثرات گرانش بر میتوکندریها را از طریق عملکرد مکانیکی چسبندگی سلولی (Cell Adhesion) منتقل میکند؛ مسیری که میتواند توضیح دهد چرا با حذف اثرات گرانش، فعالیت تولید پروتئین کاهش مییابد.
توماس کوریدون، زیستشناس فضایی از دانشگاه آرهوس دانمارک که در این پژوهش مشارکت نداشته، میگوید: این یافتهها میتوانند برای مسافران فضایی اهمیت داشته باشند و به ما کمک کنند بهتر بفهمیم چگونه باید فضانوردان را پیش از سفر به فضا آماده کنیم.
آسیب به میتوکندریها در فضا
مطالعات پیشین روی سلولها، موشها و نمونههای زیستی فضانوردان نشان داده بودند که سفر فضایی به آسیب میتوکندریها منجر میشود.
افشین بهشتی، پژوهشگر پزشکی فضایی در دانشگاه پیتسبورگ و از نویسندگان مطالعات قبلی، میگوید: ما تصویری کلی از این موضوع داشتیم که چگونه اختلال در عملکرد میتوکندری رخ میدهد، اما هنوز سازوکارهای مولکولی تاثیر گرانش بر زیستشناسی میتوکندری به خوبی شناخته نشده بودند.
او میافزاید که تحقیقات قبلی همچنین نشان داده بودند کاهش گرانش بر رونویسی دیانای به آرانای پیامرسان (mRNA) نیز اثر میگذارد.
این بار پژوهشگران به مرحله تولید پروتئین پرداختند
در مطالعه جدید، شینتارو ایوازاکی، زیستشناس مولکولی موسسه تحقیقاتی RIKEN ژاپن و همکارانش تصمیم گرفتند به جای مرحله رونویسی، مرحله ترجمه را بررسی کنند؛ فرآیندی که طی آن ریبوزومها با استفاده از آرانایهای پیامرسان، پروتئین تولید میکنند.
با کمک فضانوردان ایستگاه فضایی بینالمللی، پژوهشگران سلولهای انسانی را در یکی از آزمایشگاههای ایستگاه به مدت 24 یا 48 ساعت کشت دادند و سپس آنها را منجمد کردند.
در مقابل، نمونههای کنترل در یک سانتریفیوژ که گرانش مشابه زمین را شبیهسازی میکرد، نگهداری شدند.
تولید پروتئین در میتوکندری کاهش یافت
پس از بازگرداندن همه نمونهها به زمین، بررسیها نشان داد: سلولهایی که 24 ساعت در شرایط ریزگرانش قرار گرفته بودند، مقدار کمتری آرانای پیامرسان میتوکندریایی داشتند.
ریبوزومهای میتوکندریایی نیز پروتئینهای کمتری تولید میکردند.
پژوهشگران نتایج مشابهی را البته با شدت کمتر در لاروهای کرم الگانس (Caenorhabditis elegans) مشاهده کردند. این کرمها به مدت چهار روز در ریزگرانش ایستگاه فضایی پرورش یافته بودند و با کرمهایی که در سانتریفیوژ نگهداری شده بودند مقایسه شدند.
آزمایشهای زمینی نیز همین نتیجه را تایید کردند
در ادامه، پژوهشگران در آزمایشگاه روی زمین از دستگاهی به نام کلینوستات (Clinostat) استفاده کردند؛ وسیلهای که با چرخاندن سلولها، شرایط کاهش گرانش را شبیهسازی میکند.
نتایج نشان داد: پس از 24 ساعت، میتوکندری سلولهای انسانی تولید 13 نوع پروتئین را کاهش داده بود.
ادامه چرخش سلولها به مدت 48 و 72 ساعت باعث کاهش بیشتر تولید پروتئینهای میتوکندریایی شد.
توماس کوریدون میگوید: مدتهاست میدانیم ریزگرانش بیان ژنها را کاهش میدهد یا تغییر میدهد، اما این مطالعه نشان میدهد این اثر بهطور مستقیم در سطح تولید پروتئین نیز رخ میدهد.
نقش چسبندگی سلولی
در مرحله بعد، ایوازاکی و همکارانش تلاش کردند بفهمند گرانش دقیقا چگونه بر سلولها اثر میگذارد.
یکی از فرآیندهایی که پیشتر مشخص شده بود تحت تاثیر کاهش گرانش قرار میگیرد، چسبندگی سلولی است؛ یعنی توانایی سلولها برای اتصال به یکدیگر در بافتها از طریق پروتئینهای سطحی.
پژوهشگران بررسی کردند که آیا اختلال ریزگرانش در نیروهای فیزیکی مربوط به چسبندگی سلولی، علت کاهش عملکرد میتوکندری است یا خیر.
نتایج نشان داد: اگر پیش از قرار دادن سلولهای موش و انسان در کلینوستات، آنها با پروتئینهای دخیل در حفظ چسبندگی سلولی تیمار شوند، تولید پروتئین در میتوکندری به سطح طبیعی بازمیگردد.
اما زمانی که از پروتئینهایی استفاده شد که فرآیندهای ضروری برای چسبندگی سلولی را مهار میکنند، ترجمه پروتئین در میتوکندری متوقف شد و مصرف اکسیژن میتوکندریها نیز کاهش یافت.
گام بعدی
ایوازاکی میگوید گروه او اکنون به دنبال یافتن ترکیبات کوچک یا داروهایی است که بتوانند فرآیند تولید پروتئین در میتوکندری را فعال کنند.
او همچنین معتقد است این یافتهها فقط برای فضانوردان کاربرد ندارند و ممکن است در درمان سارکوپنی نیز مفید باشند؛ بیماری که با کاهش تدریجی توده و قدرت عضلات در سالمندان شناخته میشود.