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Simulated Microgravity Modulates Differentiation Processes of Embryonic Stem Cells

Shinde, Vaibhav und Brungs, Sonja und Henry, Margit und Wegener, Lucia und Nemade, Harshal und Rotshteyn, Aviseka und Baumstark-Khan, Christa und Hellweg, Christine E. und Hescheler, Jürgen und Hemmersbach, Ruth und Sachinidis, Apapios (2016) Simulated Microgravity Modulates Differentiation Processes of Embryonic Stem Cells. Cellular Physiology and Biochemistry, 2016 (38), Seiten 1483-1499. S. Karger AG. doi: 10.1159/000443090. ISSN 1015-8987.

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Offizielle URL: http://www.karger.com/Article/PDF/443090

Kurzfassung

Background/Aims: Embryonic developmental studies under microgravity conditions in space are very limited. To study the effects of altered gravity on the embryonic development processes we established an in vitro methodology allowing differentiation of mouse embryonic stem cells (mESCs) under simulated microgravity within a fast-rotating clinostat (clinorotation) and capture of microarray-based gene signatures. Methods: The differentiating mESCs were cultured in a 2D pipette clinostat. The microarray and bioinformatics tools were used to capture genes that are deregulated by simulated microgravity and their impact on developmental biological processes. Results: The data analysis demonstrated that differentiation of mESCs in pipettes for 3 days resultet to early germ layer differentiation and then to the different somatic cell types after further 7 days of differentiation in the Petri dishes. Clinorotation influences differentiation as well as non-differentiation related biological processes like cytoskeleton related 19 genes were modulated. Notably, simulated microgravity deregulated genes Cyr61, Thbs1, Parva, Dhrs3, Jun, Tpm1, Fzd2 and Dll1 are involved in heart morphogenesis as an acute response on day 3. If the stem cells were further cultivated under normal gravity conditions (1 g) after clinorotation, the expression of cardiomyocytes specific genes such as Tnnt2, Rbp4, Tnni1, Csrp3, Nppb and Mybpc3 on day 10 was inhibited. This correlated well with a decreasing beating activity of the 10-days old embryoid bodies (EBs). Finally, we captured Gadd45g, Jun, Thbs1, Cyr61and Dll1 genes whose expressions were modulated by simulated microgravity and by real microgravity in various reported studies. Simulated microgravity also deregulated genes belonging to the MAP kinase and focal adhesion signal transduction pathways. Conclusion: One of the most prominent biological processes affected by simulated microgravity was the process of cardiomyogenesis. The most significant simulated microgravity-affected genes, signal transduction pathways, and biological processes which are relevant for mESCs differentiation have been identified and discussed below.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/105108/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Simulated Microgravity Modulates Differentiation Processes of Embryonic Stem Cells
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Shinde, VaibhavUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and Center for Molecular Medicine Cologne (CMMC), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brungs, SonjaGerman Aerospace Center (DLR), Institute of Aerospace Medicine, Gravitational Biology, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Henry, MargitUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and Center for Molecular Medicine Cologne (CMMC), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wegener, LuciaGerman Research Center (DLR), Institute of Aerospace Medicine, Gravitational Biology, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nemade, HarshalUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and Center for Molecular Medicine Cologne (CMMC), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rotshteyn, AvisekaUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and Center for Molecular Medicine Cologne (CMMC), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baumstark-Khan, ChristaGerman Aerospace Center (DLR), Institute of Aerospace Medicine, Radiation Biology, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hellweg, Christine E.German Aerospace Center (DLR), Institute of Aerospace Medicine, Radiation Biology, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hescheler, JürgenUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and Center for Molecular Medicine Cologne (CMMC), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hemmersbach, RuthGerman Aerospace Center (DLR), Institute of Aerospace Medicine, Gravitational Biology, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sachinidis, ApapiosUniversity of Cologne, Institute of Neurophysiology and Center for Molecular Medicine Cologne (CMMC), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 April 2016
Erschienen in:Cellular Physiology and Biochemistry
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:2016
DOI:10.1159/000443090
Seitenbereich:Seiten 1483-1499
Verlag:S. Karger AG
ISSN:1015-8987
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Microgravity, Embryonic stem cells, Differentiation, Transcriptomics, Signal transduction pathways, Clinostat, Cardiomyogenesis
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Biowissenschaftliche Nutzerunterstützung (alt), R - Vorhaben Biowissenschaftliche Exp.-vorbereitung (alt), R - Vorhaben Strahlenbiologie (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Biomedizinische Forschung
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Strahlenbiologie
Hinterlegt von: Duwe, Helmut
Hinterlegt am:13 Jul 2016 18:45
Letzte Änderung:20 Jun 2023 04:13

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