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Space omics and tissue response in astronaut skeletal muscle after short and long duration missions

Blottner, D. und Moriggi, M. und Trautmann, G. und Hastermann, M. und Capitanio, D. und Torretta, E. und Block, K. und Rittweger, J. und Limper, U. und Gelfi, C. und Salanova, M. (2023) Space omics and tissue response in astronaut skeletal muscle after short and long duration missions. International Journal of Molecular Sciences, 24 (4), Seite 4095. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/ijms24044095. ISSN 1661-6596.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.3390/ijms24044095

Kurzfassung

The molecular mechanisms of skeletal muscle adaptation to spaceflight are as yet not fully investigated and well understood. The MUSCLE BIOPSY study analyzed pre and postflight deep calf muscle biopsies (m. soleus) obtained from five male International Space Station (ISS) astronauts. Moderate rates of myofiber atrophy were found in long-duration mission (LDM) astronauts (~180 days in space) performing routine inflight exercise as countermeasure (CM) compared to a short-duration mission (SDM) astronaut (11 days in space, little or no inflight CM) for reference control. Conventional H&E scout histology showed enlarged intramuscular connective tissue gaps between myofiber groups in LDM post vs. preflight. Immunoexpression signals of extracellular matrix (ECM) molecules, collagen 4 and 6, COL4 and 6, and perlecan were reduced while matrix-metalloproteinase, MMP2, biomarker remained unchanged in LDM post vs. preflight suggesting connective tissue remodeling. Large scale proteomics (space omics) identified two canonical protein pathways associated to muscle weakness (necroptosis, GP6 signaling/COL6) in SDM and four key pathways (Fatty acid β-oxidation, integrin-linked kinase ILK, Rho A GTPase RHO, dilated cardiomyopathy signaling) explicitly in LDM. The levels of structural ECM organization proteins COL6A1/A3, fibrillin 1, FBN1, and lumican, LUM, increased in postflight SDM vs. LDM. Proteins from tricarboxylic acid, TCA cycle, mitochondrial respiratory chain, and lipid metabolism mostly recovered in LDM vs. SDM. High levels of calcium signaling proteins, ryanodine receptor 1, RyR1, calsequestrin 1/2, CASQ1/2, annexin A2, ANXA2, and sarco(endo)plasmic reticulum Ca(2+)-ATPase (SERCA1) pump, ATP2A, were signatures of SDM, and decreased levels of oxidative stress peroxiredoxin 1, PRDX1, thioredoxin-dependent peroxide reductase, PRDX3, or superoxide dismutase [Mn] 2, SOD2, signatures of LDM postflight. Results help to better understand the spatiotemporal molecular adaptation of skeletal muscle and provide a large scale database of skeletal muscle from human spaceflight for the better design of effective CM protocols in future human deep space exploration.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/194178/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:(This article belongs to the Special Issue Novel Molecular Approaches to Skeletal Muscle Disease and Disuse 2.0)
Titel:Space omics and tissue response in astronaut skeletal muscle after short and long duration missions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Blottner, D.Charité - University Medicine BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Moriggi, M.University of MilanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Trautmann, G.Charité - University Medicine BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hastermann, M.Charite - University Medicine BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Capitanio, D.University of MilanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Torretta, E.IRCCS Orthopedic Institute Galeazzi, 20161 Milan, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Block, K.Charité - University Medicine BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rittweger, J.Joern.Rittweger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2223-8963NICHT SPEZIFIZIERT
Limper, U.Ulrich.Limper (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9927-4180NICHT SPEZIFIZIERT
Gelfi, C.University of MilanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Salanova, M.Charité - University Medicine BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 Februar 2023
Erschienen in:International Journal of Molecular Sciences
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:24
DOI:10.3390/ijms24044095
Seitenbereich:Seite 4095
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:1661-6596
Status:veröffentlicht
Stichwörter:keletal muscle; proteomics; spaceflight; structural proteins; protein signaling pathways
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 - Muskelmechanik und Metabolismus
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Muskel- und Knochenstoffwechsel
Hinterlegt von: Kaiser-Stolz, Claudia
Hinterlegt am:09 Mär 2023 10:43
Letzte Änderung:24 Jul 2023 09:35

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