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Simulating space conditions evokes different DNA damage responses in immature and mature cells of the human hematopoietic system

Handwerk, Leonie und Schreier, Heike Katrin und Kraft, Daniela und Shreder, Kateryna und Hemmersbach, Ruth und Hauslage, Jens und Bonig, Halvard und Wiesmüller, Lisa und Fournier, Claudia und Rall-Scharpf, Melanie (2023) Simulating space conditions evokes different DNA damage responses in immature and mature cells of the human hematopoietic system. International Journal of Molecular Sciences, 24 (18), Seite 13761. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/ijms241813761. ISSN 1661-6596.

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

Offizielle URL: https://doi.org/10.3390/ijms241813761

Kurzfassung

The impact of space radiation and microgravity on DNA damage responses has been discussed controversially, largely due to the variety of model systems engaged. Here, we performed side-by-side analyses of human hematopoietic stem/progenitor cells (HSPC) and peripheral blood lymphocytes (PBL) cultivated in a 2D clinostat to simulate microgravity before, during and after photon and particle irradiation. We demonstrate that simulated microgravity (SMG) accelerates the early phase of non-homologous end joining (NHEJ)-mediated repair of simple, X-ray-induced DNA double-strand breaks (DSBs) in PBL, while repair kinetics in HSPC remained unaltered. Repair acceleration was lost with increasing LET of ion exposures, which increases the complexity of DSBs, precluding NHEJ and requiring end resection for successful repair. Such cell-type specific effect of SMG on DSB repair was dependent on the NF-kappaB pathway pre-activated in PBL but not HSPC. Already under unperturbed growth conditions HSPC and PBL suffered from SMG-induced replication stress associated with accumulation of single-stranded DNA and DSBs, respectively. We conclude that in PBL, SMG-induced DSBs promote repair of radiation-induced damage in an adaptive-like response. HSPC feature SMG-induced single-stranded DNA and FANCD2 foci, i.e., markers of persistent replication stress and senescence that may contribute to a premature decline of the immune system in space.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197255/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Simulating space conditions evokes different DNA damage responses in immature and mature cells of the human hematopoietic system
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Handwerk, LeonieGSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research, Department of Biophysics, Darmstadt, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schreier, Heike KatrinUlm University, Department of Obstetrics and Gynecology, Ulm, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kraft, DanielaGSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research, Department of Biophysics, Darmstadt, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shreder, KaterynaGSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research, Department of Biophysics, Darmstadt, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hemmersbach, RuthGerman Aerospace Center (DLR), Institute of Aerospace Medicine, Gravitational Biology, Cologne, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-5308-6715NICHT SPEZIFIZIERT
Hauslage, JensGerman Aerospace Centre (DLR), Institute of Aerospace Medicine, Gravitational Biology, Cologne, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-2184-7000NICHT SPEZIFIZIERT
Bonig, HalvardJohann Wolfgang Goethe-University Hospital, Institute for Transfusion Medicine and Immunohematology, Frankfurt, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wiesmüller, LisaUlm University, Department of Obstetrics and Gynecology, Ulm, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fournier, ClaudiaGSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research, Department of Biophysics, Darmstadt, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rall-Scharpf, MelanieUlm University, Department of Obstetrics and Gynecology, Ulm, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:6 September 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/ijms241813761
Seitenbereich:Seite 13761
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTMDPINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
Name der Reihe:MDPI
ISSN:1661-6596
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aging, hematopoietic stem and progenitor cells, leukemia risk, particle irradiation, microgravity, replication stress
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 - Gravisensorik
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Gravitationsbiologie
Hinterlegt von: Chiodo, Annette
Hinterlegt am:14 Sep 2023 10:28
Letzte Änderung:18 Sep 2023 11:09

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