Характеристика протеома крови здоровых добровольцев, отражающая процессы адаптации к длительной изоляции

Введение. Длительная наземная изоляция с имитацией космической миссии вызывает различные адаптационные реакции организма в связи с воздействием комплекса экстремальных факторов на человека. Изучение данных реакций организма на молекулярном уровне позволит разработать наиболее качественный план медицинского обеспечения последующих космических миссий. Для оценки молекулярных механизмов адаптации хорошо себя зарекомендовали методы протеомики.

Цель. Исследование профиля протеомных физиологически активных компонентов крови у испытателей как критериев адаптационных стратегий физиологических систем организма в ответ на воздействие экстремальных факторов длительной изоляции при наземном моделировании факторов космического полета.

Материалы и методы. Изучение характеристик протеомных физиологически активных компонентов крови проведено у 6 здоровых испытателей-добровольцев в возрасте 27–38 лет (средний возраст 32,5 ± 5,5 года) в условиях 12-месячной изоляции («SIRIUS-23») в герметично замкнутом объекте с ограниченным объемом жилой и рабочей площади и лимитированными ресурсами для обеспечения жизнедеятельности. Методами масс-спектрометрии были исследованы образцы экстрактов сухих пятен крови. Статистический анализ проводился в программе Statistica 12 c применением непараметрического теста Манна – Уитни (p < 0,05). Биологические процессы, в которых участвуют выявленные белки, определены с помощью базы данных STRING.

Результаты. Через 1 месяц изоляции достоверно увеличивается экспрессия 3 белков, которые участвуют в биологическом процессе «подавление фагоцитоза». Через 3 месяца изоляции достоверно увеличивается уровень концентрации 22 белков внеклеточного матрикса и экзосом. Через 6 месяцев изоляции достоверно увеличивается концентрация 33 белков, участвующих в процессах клеточного компонента или вовлеченных в регуляцию внеклеточной сигнализации.

Выводы. Полученные данные позволили составить предварительную версию происходящих в организме биологических процессов, в которых участвуют белки с достоверно изменяющимся уровнем концентрации в условиях длительной изоляции в гермообъекте. Проведенное исследование расширяет представления о протеомных механизмах регуляции биологических процессов у здоровых лиц при моделировании факторов космического полета.

1. Пастушкова ЛХ, Гончарова АГ, Васильева ГЮ, Пономарев СА, Кононихин АС, Каширина ДН и др. Протеом мочи здоровых лиц при гиподинамии в условиях моделирования космических полетов. Биомедицинская радиоэлектроника. 2019;1:46–51. EDN: YYIPTV

2. Гончарова АГ, Пастушкова ЛХ, Русанов ВБ, Носов ский АМ, Каширина ДН, Гончаров ИН и др. Роль коллагена COL6A1 в модуляции биомеханических характеристик сердечно-сосудистой системы в условиях длительной изоляции. Биомедицинская радиоэлектроника. 2021;24(3):5–12. EDN: NPVVJQ

3. Rusanov VB, Pastushkova LKh, Chernikova AG, Kashirina DN, Goncharova AG, Nosovsky AM, et al. Relationship of collagen as the component of the extracellular matrix with the mechanisms of autonomic regulation of the cardiovascular system under simulated conditions of long-term isolation. Life Sciences in Space Research. 2022;32:7–25. https://doi.org/10.1016/j.lssr.2021.10.002

4. Watanabe K, Wilmanski T, Diener C, Earls JC, Zimmer A, Lincoln B, et al. Multiomic signatures of body mass index identify heterogeneous health phenotypes and responses to a lifestyle intervention. Nature Medicine. 2023;29(4):996–1008. https://doi.org/10.1038/s41591-023-02248-0

5. Korkmaz B, Moreau T, Gauthier F. Neutrophil elastase, proteinase 3 and cathepsin G: physicochemical properties, activity and physiopathological functions. Biochimie. 2008;90(2):227–42. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2007.10.009

6. Jerke U, Marino SF, Daumke O, Kettritz R. Characterization of the CD177 interaction with the ANCA antigen proteinase 3. Scientific Reports. 2017;7:43328. https://doi.org/10.1038/srep43328

7. Campbell EJ, Owen CA. The sulfate groups of chondroitin sulfate- and heparan sulfate-containing proteoglycans in neutrophil plasma membranes are novel binding sites for human leukocyte elastase and cathepsin G. Journal of Biological Chemistry. 2007;282(19):14645–54. https://doi.org/0.1074/jbc.M608346200

8. Kuckleburg CJ, Tilkens SB, Santoso S, Newman PJ. Proteinase 3 contributes to transendothelial migration of NB1-positive neutrophils. The Journal of Immunology. 2012;188(5):2419–26. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1102540

9. Kuckleburg CJ, Newman PJ. Neutrophil proteinase 3 acts on protease-activated receptor-2 to enhance vascular endothelial cell barrier function. Arteriosclerosis, Thrombosis and Vascular Biology. 2013;33(2):275–84. https://doi.org/10.1161/ATVBAHA.112.300474

10. Chu TY, Zheng-Gérard C, Huang KY, Chang YC, Chen YW, I KY, et al. GPR97 triggers inflammatory processes in human neutrophils via a macromolecular complex upstream of PAR2 activation. Nature Communications. 2022;13(1):6385. https://doi.org/10.1038/s41467-022-34083-1

11. Luo L, Liu M. Adiponectin: friend or foe in obesity and inflammation. Medical Review. 2022;2(4):349–62. https://doi.org/10.1515/mr-2022-0002

12. Yamauchi T, Kamon J, Waki H, Terauchi Y, Kubota N, Hara K, et al. The fat-derived hormone adiponectin reverses insulin resistance associated with both lipoatrophy and obesity. Nature Medicine. 2001;7(8):941–6. https://doi.org/10.1038/90984

13. Schroeder HW, Cavacini L. Structure and function of immunoglobulins. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 2010;125(2 Suppl 2):41–52. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2009.09.046

14. McHeyzer-Williams M, Okitsu S, Wang N, McHeyzer-Williams L. Molecular programming of B cell memory. Nature Reviews in Immunology. 2011;12(1):24–34. https://doi.org/10.1038/nri3128

15. Cockram TOJ, Dundee JM, Popescu AS, Brown GC. The Phagocytic Code Regulating Phagocytosis of Mammalian Cells. Frontiers in Immunology. 2021;12:629979. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.629979

16. Iyer S, Das C. The unity of opposites: Strategic interplay between bacterial effectors to regulate cellular homeostasis. Journal of Biological Chemistry. 2021;297(6):101340. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2021.101340

17. Minami S, Nakamura S, Yoshimori T. Rubicon in Metabolic Diseases and Ageing. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2022;9:816829. https://doi.org/10.3389/fcell.2021.816829

18. Dahl GE, McFadden TB. Symposium review: Environmental effects on mammary immunity and health. Journal of Dairy Science. 2022;105(10):8586–9. https://doi.org/10.3168/jds.2021-21433

19. Kim JH, Shinde DN, Reijnders MRF, Hauser NS, Belmonte RL, Wilson GR, et al. De Novo Mutations in SON Disrupt RNA Splicing of Genes Essential for Brain Development and Metabolism, Causing an Intellectual-Disability Syndrome. The American Journal of Human Genetics. 2016;99(3):711–9. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2016.06.029

20. Basu P, Das AA, Siddiqui KN, Mondal PC, Bandyopadhyay A. Novel role of peptidoglycan recognition protein 2 in activating NOD2-NFκB inflammatory axis in coronary artery disease. Atherosclerosis. 2024; 389:117436. https://doi.org/10.1016/j.atherosclerosis.2023.117436

21. Scholz GM, Heath JE, Aw J, Reynolds EC. Regulation of the Peptidoglycan Amidase PGLYRP2 in Epithelial Cells by Interleukin-36gamma. Infection and Immunity. 2018;86(9):00384–418. https://doi.org/10.1128/IAI.00384-18

22. Li H, Meng D, Jia J, Wei H. PGLYRP2 as a Novel Biomarker for the Activity and Lipid Metabolism of Systemic Lupus Erythematosus. Lipids in Health and Disease. 2021;20:95. https://doi.org/10.1186/S12944-021-01515-8

23. Stensballe A, Andersen JS, Aboo C, Andersen AB, Ren J, Meyer MK, et al. Naive Inflammatory Proteome Profiles of Glucocorticoid Responsive Polymyalgia Rheumatica and Rheumatic Arthritis Patients-Links to Triggers and Proteomic Manifestations. Journal of Personalized Medicine. 2024;14(5):449. https://doi.org/10.3390/jpm14050449

24. Ahmad HI, Asif AR, Ahmad MJ, Jabbir F, Adnan M, Ahmed S, et al. Adaptive evolution of peptidoglycan recognition protein family regulates the innate signaling against microbial pathogens in vertebrates. Microbial Pathogenesis. 2020;147:104361. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2020.104361