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Bibliografische Informationen

Titel

EFFEKTE VON KÜNSTLICHER SCHWERKRAFT AUF MOLEKULARE MECHANISMEN

Kurzfassung

Einführung: Schwerelosigkeit hat viele, zum Teil gefährliche Einflüsse auf die menschliche Physiologie. In einem System ohne ständigen Einfluss der Schwerkraft muss sich der Körper zunächst an die neue Umgebung gewöhnen. Die Gewöhnung verursacht Veränderungen kardiovaskulärer, renaler, endokriner sowie neurovestibulärer Funktionen. Darüber hinaus führt die Minderbelastung von Knochen und Muskeln im Weltraum zu deren strukturellen Veränderungen. Ein wichtiges Prinzip zur Vorbeugung negativer Folgen der Schwerelosigkeit stellt Training mit künstlicher Schwerkraft durch Zentrifugation dar. Die Effekte künstlicher Schwerkraft wurden in zahlreichen Studien untersucht. Bislang hatte sich jedoch keine solcher Studien mit den Auswirkungen der Anwendung künstlicher Schwerkraft auf molekulare Mechanismen beschäftigt. In dieser Studie untersuchten wir molekulare, durch künstliche Schwerkraft verursachte Veränderungen anhand der Gesamtheit der mRNA (Transkriptom) aus dem peripheren Blut mittels DNA Microarray.

Methodologie: 12 Versuchspersonen unterzogen sich einem gemeinsamen kontinuierlichen Zentrifugationsprotokoll auf einer Kurzarmzentrifuge. Zusätzlich wurde ein zweites, intermittierendes Protokoll bei 6 der 12 Versuchspersonen angewendet. Blut von jeder Person wurde vor und nach jedem Versuch entnommen und die RNA wurde isoliert. Diese RNA wurde verwendet, um floureszenzmarkierte cRNA herzustellen und anschließend auf Microarrays kompetitiv zu hybridisieren. Die Signale wurden unter Anwendung verschiedener p-Werte und Fach-Abweichungen (fold change, FC) analysiert und Korrekturen vielfacher Testung wurden durchgeführt. Die Analyse differentiell exprimierter Gene wurde mit Gene Ontology durchgeführt, eine Genclusteranalyse wurde mit PANTHER durchgeführt.

Ergebnisse: 661 Gene waren signifikant verändert bezüglich ihrer Expression bei Anwendung des kontinuierlichen Protokolls (n = 12), 234 Gene bei Anwendung des intermittierenden Protokolls (n = 6; beide mit p ≤ 0.05 and FC ≥ 1.5). Mit höherer Signifikanz waren 42 Gene im kontinuierlichen Protokoll und 8 Gene im intermittierenden Protokoll verändert (p ≤ 0.01, FC ≥ 2). Die Clusteranalyse mit PANTHER für das kontinuierliche Protokoll ergab signifikant veränderte Gene, die in 3 Pathway-Clustern, 5 Clustern biologischer Prozesse und 2 Proteinclustern organisiert sind. Eine Clusteranalyse des intermittierenden Protokolls ergab keine signifikanten, in Clustern organisierten Gene.

Diskussion: Wir haben beobachtet, dass die Anwendung von Zentrifugation Effekte auf molekulare Mechanismen hat. Da Untersuchungen des Transkriptoms Rückschlüsse auf die Genexpression erlauben, haben wir geschlossen, dass Zentrifugation zu veränderter Genexpression führt. Darüber hinaus zeigten sich Unterschiede hinsichtlich Genexpression zwischen beiden Protokollen. Wir glauben, dass diese Studie die erste ist, die Effekte künstlicher Schwerkraft auf molekularer Ebene untersucht hat.

Schlagwörter

Raumfahrt, Schwerelosigkeit, künstliche Schwerkraft, Zentrifugation, Kurzarmzentrifuge, SAHC, Transcriptomics, DNA Microarray, molekulare Mechanismen, Genexpression

Anzahl Seiten

103

Publikationsjahr

2014

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