Zborurile spațiale accelerează îmbătrânirea celulelor stem din sângele uman

Un studiu complex, realizat în cadrul inițiativei Cercetare Orbitală Integrată a Celulelor Stem Spațiale (ISSCOR), în colaborare cu NASA și Space Tango, a investigat modul în care expunerea la medii spațiale afectează viabilitatea și îmbătrânirea celulelor stem hematopoietice umane (CSHU). Studiul s-a desfășurat în patru misiuni consecutive la bordul Stației Spațiale Internaționale (SpX-24, SpX-25, SpX-26 și SpX-27) și a utilizat tehnologii avansate de monitorizare în timp real, inteligență artificială și culturi în nanobioreactoare automate.
Celulele stem hematopoietice asigură producerea tuturor liniilor celulare sanguine de-a lungul vieții, iar menținerea quiescenței, auto-reînnoirii și a capacității de diferențiere multilineară este esențială pentru funcția lor pe termen lung. În condiții de stres acut sau cronic (infecții, pierderi de sânge, inflamație sistemică), aceste celule suferă presiuni funcționale și moleculare care pot duce la pierderea funcției regenerative, instabilitate genomică și îmbătrânire accelerată. În special, creșterea semnalizării prin citokine inflamatorii (IL-6, IFN-α/β/γ) este legată de activarea enzimelor ADAR1 și APOBEC3, implicate în editarea RNA și mutageneza ADN.

Despre studiu

Prin implementarea unor nanobioreactoare 3D automate, capabile să mențină viabilitatea CSHU în condiții spațiale pentru peste 30 de zile, cercetătorii au evaluat:

• Ciclul celular în timp real prin sistemul FUCCI2BL (indicator fluorescent de faze celulare).
• Auto-reînnoirea prin teste de formare și replating de colonii.
• Integritatea genomică și epigenetică prin secvențiere completă a genomului (WGS) și transcriptomului (RNA-seq).
• Expresia citokinelor și a genelor de menținere telomerică (ex. POLA1, POLA2).

Comparativ cu controalele de la sol, celulele stem hematopoietice umane cultivate în spațiu au prezentat accelerarea ciclului celular, reducerea expresiei genelor de menținere a telomerilor, creșterea expresiei IL-6 și a mutațiilor C-to-T.

Rezultate

1. Modificări funcționale și pierderea dormanței

• Celulele stem hematopoietice umane din spațiu au traversat mai rapid ciclul celular.
• Scăderea semnalului mCherry (marcaj al fazei G1) a indicat pierderea dormanței stem, caracteristică îmbătrânirii accelerate.
• Capacitatea de formare a coloniilor și auto-reînnoirea au fost semnificativ diminuate post-zbor.

2. Telomerii și instabilitatea genomică

• Telomerii au fost scurtați în toate cele patru mostre post-zbor analizate.
• Expresia genelor implicate în replicarea telomerică (POLA1, POLA2, complexul CST) a fost semnificativ redusă.
• Analiza mutațională a evidențiat o predominanță a mutațiilor C-to-T, specifice activării APOBEC3C.

3. Dereglarea mitocondrială și proteică

• Analizele RNA-seq au evidențiat deregulări ale expresiei genelor mitocondriale implicate în fosforilarea oxidativă și homeostazia proteică.
• Secvențierea a arătat o tendință spre creșterea numărului de copii de ADN mitocondrial în celulele post-zbor.

4. Citokine inflamatorii și editarea ARN

• Scădere semnificativă a expresiei ADAR1p150, izoforma critică pentru auto-reînnoirea CSHU.
• Creștere a nivelurilor IL-6 în supernatantele post-zbor.
• Reducerea editărilor A-to-I și a expresiei IRF7 și JAK2.

5. Mutații asociate clonelor hematopoietice

Au fost detectate mutații asociate sindroamelor mieloproliferative și leucemiei mieloide acute în mostrele post-zbor (ex. ASXL1, PTPN11, KMT2A), absent în controalele inițiale și în eșantioanele iradiate terestru.

6. Dereglarea genomului repetitiv

• Expresia elementelor repetitive (LINEs, HERVs) a fost dereglată în mostrele post-zbor.
• LTR45B, un marker negativ prognostic în leucemie, a fost supraexprimat.
• LINE-urile au fost, în general, reprimate, un efect ce poate fi atribuit activării APOBEC3C.

7. Restaurarea funcțională pe suport tânăr

Replatingul celulelor post-zbor pe culturi stromale tinere (HS-27A) a îmbunătățit capacitatea de auto-reînnoire și a normalizat parțial expresia ADAR1p150, sugerând un potențial de recuperare funcțională dependent de microambient.

Concluzii

Expunerea de 32–45 de zile la mediul din orbită joasă a dus la accelerarea proceselor de îmbătrânire în celulele stem hematopoietice umane umane, caracterizată de:

• scurtarea telomerilor și reducerea expresiei genelor de menținere telomerică,
• pierdere a dormanței și auto-reînnoirii,
• activare a mutagenezei prin APOBEC3C și scăderea ADAR1p150,
• deregulări mitocondriale și ale genomului repetitiv,
• creșterea riscului de transformare malignă prin mutații asociate clonelor hematopoietice.

Studiul oferă o platformă experimentală robustă pentru analiza îmbătrânirii accelerate și pentru dezvoltarea de strategii de contracarare a efectelor nocive ale mediului spațial. În plus, aceste modele pot fi aplicate pentru înțelegerea îmbătrânirii umane terestre și a riscurilor oncologice asociate vârstei.