Determination of proteomic markers in dry spots of blood involved in the adaptation of the cardiovascular system in long-term space flights. Part I.

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The complex of extreme factors of space flight induces various changes in the cardiovascular system at the structural and functional level. The study of protein markers by proteomics methods, included in the compensation of dysfunctional disorders of the cardiovascular system in long-term space flights, is relevant. The aim of the work: search for the main proteomic markers in dry spots of blood, included in the adaptation of the cardiovascular system during long-term space flights. To analyze the content of peptides in dry spot extracts, targeted quantitative chromatography-mass spectrometry with multiple reaction monitoring (LC-MRM MS) was used, using synthetic labeled standards (SIS). As a result of statistical and bioinformatics analysis, using ANDvisio software, it was established that the content of proteins involved in the adaptation of the cardiovascular system in dried blood spot extracts changed significantly during space flight: on the 7th day – 11 proteins, after 3 months – 5, after 6 months – 3 proteins. The main biological functions of these proteins are described, as applied to the duration of space flight and their participation in the adaptation of the cardiovascular system to a complex of extreme factors, including endothelial regeneration, angiogenesis and processes aimed at restoring the elasticity and contractility of vascular smooth muscle cells. Proteins involved in the control of cellular oxidative stress are expressed at all points in the study. The data obtained are of practical importance in relation to the assessment of the risks of cardiovascular events during long-term space flights.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. Kh. Pastushkova

Institute of Biomedical Problems, RAS

Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. G. Goncharova

Institute of Biomedical Problems, RAS

Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Russian Federation, Moscow

D. N. Kashirina

Institute of Biomedical Problems, RAS

Author for correspondence.
Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Russian Federation, Moscow

I. M. Larina

Institute of Biomedical Problems, RAS

Email: daryakudryavtseva@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Krittanawong C., Isath A., Kaplin S. et al. Cardiovascular disease in space: A systematic review // Prog. Cardiovasc. Dis. 2023. V. 81. P. 33.
  2. Kotovskaya A.R., Vartbaronov R.A. Long-term linear accelerations. Space biology and medicine / Joint Russian-American publication in five volumes. Eds. Gazenko O.G., Grigoriev A.I. (Russia), Nikogosyan A.E., Mohler S.R. (USA). M.: Nauka, 1997. V. 3, book 2. P. 10.
  3. Sy M.R., Keefe J.A., Sutton J.P., Wehrens X.H.T. Cardiac function, structural, and electrical remodeling by microgravity exposure // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2023. V. 324. № 1. P. H1.
  4. Rusanov V.B., Pastushkova L.K., Chernikova A.G. 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 Sci. Space Res (Amst). 2022. V. 32. P. 17.
  5. Rusanov V.B. [Mechanisms of regulation of the cardiovascular system in space flights and ground experiments]: abstract … doctor biol. sci. M.: IBMP RAS, 2024. 54 p.
  6. Yu Z., Zhang L. Effects of simulated weightlessness on ultrastructures and oxygen supply and consumption of myocardium in rats // Space Med. Med. Eng. (Beijing). 1996. V. 9. № 4. P. 261.
  7. Patel S. The effects of microgravity and space radiation on cardiovascular health: From low-Earth orbit and beyond // Int. J. Cardiol. Heart Vasc. 2020. V. 30. P. 100595.
  8. Yan X., Sasi S.P., Gee H. et al. Correction: Cardiovascular risks associated with low dose ionizing particle radiation // PLoS One. 2015. V. 10. № 11. P. e0142764.
  9. Кashirina D.N., Percy A.J., Pastushkova L.Kh. et al. The molecular mechanisms driving physiological changes after long duration space flights revealed by quantitative analysis of human blood proteins // BMC Med. Genomics. 2019. V. 12. (Suppl. 2). Р. 45.
  10. Demenkov P.S., Ivanisenko T.V., Kolchanov N.A., Ivanisenko V.A. ANDVisio: a new tool for graphic visualization and analysis of literature mined associative gene networks in the ANDSystem // In Silico Biol. 2011. V. 11. № 3–4. P. 149.
  11. Perhonen M.A., Franco F., Lane L.D. et al. Cardiac atrophy after bed rest and spaceflight // J. Appl. Physiol. (1985). 2001. V. 91. № 2. P. 645.
  12. Liu H., Xie Q., Xin B.M. et al. Inhibition of autophagy recovers cardiac dysfunction and atrophy in response to tail-suspension // Life Sci. 2015. V. 121. P. 1.
  13. Drysdale A., Blanco-Lopez M., White S.J. et al. Differential proteoglycan expression in atherosclerosis alters platelet adhesion and activation // Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. № 2. P. 950.
  14. Giatagana E.-M., Berdiaki A., Tsatsakis A. et al. Lumican in carcinogenesis—Revisited // Biomolecules. 2021. V. 11. № 9. P. 1319.
  15. Mohammadzadeh N., Lunde I.G., Andenæs K. et al. The extracellular matrix proteoglycan lumican improves survival and counteracts cardiac dilatation and failure in mice subjected to pressure overload // Sci. Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 9206.
  16. Mohammadzadeh N., Melleby A.O., Palmero S. et al. Moderate loss of the extracellular matrix proteoglycan Lumican attenuates cardiac fibrosis in mice subjected to pressure overload // Cardiology. 2020. V. 145. № 3. P. 187.
  17. Ustunyurt E., Dundar B., Simsek D., Temur M. Act of fibulin-1 in preeclamptic patients: can it be a predictive marker? // J. Matern. Fetal Neonatal Med. 2021. V. 34. № 22. P. 3775.
  18. Pastushkova L.K., Rusanov V.B., Goncharova A.G. et al. Blood plasma proteins associated with heart rate variability in cosmonauts who have completed long-duration space missions // Front. Physiol. 2021. V. 12. P. 760875.
  19. Singh R., Kaundal R.K., Zhao B. et al. Resistin induces cardiac fibroblast-myofibroblast differentiation through JAK/STAT3 and JNK/c-Jun signaling // Pharmacol. Res. 2021. V. 167. P. 105414.
  20. Cai X., Allison M.A., Ambale-Venkatesh B. et al. Resistin and risks of incident heart failure subtypes and cardiac fibrosis: the Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis // ESC Heart Fail. 2022. V. 9. № 5. P. 3452.
  21. Rallidis L.S., Katsimardos A., Kosmas N. et al. Differential prognostic value of resistin for cardiac death in patients with coronary artery disease according to the presence of metabolic syndrome // Heart Vessels. 2022. V. 37. № 5. P. 713.
  22. Zhou L., Li J.Y., He P.P. et al. Resistin: Potential biomarker and therapeutic target in atherosclerosis // Clin. Chim. Acta. 2021. V. 512. P. 84.
  23. Stochmal A., Czuwara J., Zaremba M., Rudnicka L. Altered serum level of metabolic and endothelial factors in patients with systemic sclerosis // Arch. Dermatol. Res. 2020. V. 312. № 6. P. 453.
  24. Liu L., Gong B., Wang W. et al. Association between haemoglobin, albumin, lymphocytes, and platelets and mortality in patients with heart failure // ESC Heart Fail. 2024. V. 11. № 2. P. 1051.
  25. Huang T., An Z., Huang Z. et al. Serum albumin and cardiovascular disease: A Mendelian randomization study // BMC Cardiovasc. Disord. 2024. V. 24. № 1. P. 196.
  26. Mobayen G., Smith K., Ediriwickrema K. et al. von Willebrand factor binds to angiopoietin-2 within endothelial cells and after release from Weibel-Palade bodies // J. Thromb. Haemost. 2023. V. 21. № 7. P. 1802.
  27. De Vries P.S., Reventun P., Brown M.R. et al. A genetic association study of circulating coagulation factor VIII and von Willebrand factor levels // Blood. 2024. V. 143. № 18. P. 1845.
  28. Kuzichkin D.S., Markin A.A., Zhuravleva O.A. et al. [Relationship between the nature of subcutaneous hemorrhages and changes in the plasma hemostasis system in cosmonauts] // Aviakosm. Ekolog. Med. 2019. V. 53. № 6. P. 38.
  29. Simsek E., Kilic M., Simse G. et al. The effect of CYP1A1 and GSTP1 isozymes on the occurrence of aortic aneurysms // Thorac. Cardiovasc. Surg. 2015. V. 63. № 2. P. 152.
  30. Dubois-Deruy E., Peugnet V., Turkieh A., Pinet F. Oxidative Stress in Cardiovascular Diseases // Antioxidants (Basel). 2020. V. 9. № 9. P. 864.
  31. Huang P.C., Chiu C.C., Chang H.W. et al. Prdx1-encoded peroxiredoxin is important for vascular development in zebrafish // FEBS Lett. 2017. V. 591. № 6. P. 889.
  32. Otsuka N., Ishimaru K., Murakami M. et al. The immunohistochemical detection of peroxiredoxin 1 and 2 in canine spontaneous vascular endothelial tumors // J. Vet. Med. Sci. 2022. V. 84. № 7. P. 914.
  33. Chen J., Shi S., Cai X. et al. DR1 activation reduces the proliferation of vascular smooth muscle cells by JNK/c-Jun dependent increasing of Prx3 // Mol. Cell. Biochem. 2018. V. 440. № 1–2. P. 157.
  34. Rajwani A., Ezzat V., Smith J. et al. Increasing circulating IGFBP1 levels improves insulin sensitivity, promotes nitric oxide production, lowers blood pressure, and protects against atherosclerosis // Diabetes. 2012. V. 61. № 4. P. 915.
  35. Wu X., Zheng W., Jin P. et al. Role of IGFBP1 in the senescence of vascular endothelial cells and severity of aging related coronary atherosclerosis // Int. J. Mol. Med. 2019. V. 44. № 5. P. 1921.
  36. Chen S., Chen H., Zhong Y. et al. Insulin-like growth factor-binding protein 3 inhibits angiotensin II-induced aortic smooth muscle cell phenotypic switch and matrix metalloproteinase expression // Exp. Physiol. 2020. V. 105. № 11. P. 1827.
  37. Schlueter B.C., Quanz K., Baldauf J. et al. The diverging roles of insulin-like growth factor binding proteins in pulmonary arterial hypertension // Vascul. Pharmacol. 2024. V. 155. P. 107379.
  38. Hess K., Spille D.C., Adeli A. et al. Occurrence of fibrotic tumor vessels in grade i meningiomas is strongly associated with vessel density, expression of VEGF, PlGF, IGFBP-3 and tumor recurrence // Cancers (Basel). 2020. V. 12. № 10. P. 3075.
  39. Mineo C. Lipoprotein receptor signalling in atherosclerosis // Cardiovasc. Res. 2020. V. 116. № 7. P. 1254.
  40. Khalil Y.A., Rabès J.P., Boileau C., Varret M. APOE gene variants in primary dyslipidemia // Atherosclerosis. 2021. V. 328. P. 11.
  41. Lin Y., Yang Q., Liu Z. et al. Relationship between Apolipoprotein E genotype and lipoprotein profile in patients with coronary heart disease // Molecules. 2022. V. 27. № 4. P. 1377.
  42. Pauli J., Reisenauer T., Winski G. et al. Apolipoprotein E (ApoE) rescues the contractile smooth muscle cell phenotype in popliteal artery aneurysm disease // Biomolecules. 2023. V. 13. № 7. P. 1074.
  43. Jackson R.J., Meltzer J.C., Nguyen H. et al. APOE4 derived from astrocytes leads to blood-brain barrier impairment // Brain. 2022. V. 145. № 10. P. 3582.
  44. Aztatzi-Aguilar O.G., Sierra-Vargas M.P., Ortega-Romero M., Jiménez-Corona A.E. Osteopontin’s relationship with malnutrition and oxidative stress in adolescents. A pilot study // PLoS One. 2021. V. 16. № 3. P. e0249057.
  45. Shaydakov M.E., Sigmon D.F., Blebea J. Thromboelastography. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2024. PMID: 30725746.
  46. Pavela J., Sargsyan A., Bedi D. et al. Surveillance for jugular venous thrombosis in astronauts // Vasc. Med. 2022. V. 27. № 4. P. 365.
  47. Martínez-López D., Roldan-Montero R., García-Marqués F. et al. Complement C5 Protein as a Marker of Subclinical Atherosclerosis // J. Am. Coll. Cardiol. 2020. V. 75. № 16. P. 1926.
  48. Thomas A.M., Gerogianni A., McAdam M.B. et al. Complement component C5 and TLR molecule CD14 mediate heme-induced thromboinflammation in human blood // J. Immunol. 2019. V. 203. № 6. P. 1571.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Proteins with significantly changing levels at different stages of the CP, participating in biological processes of the heart and blood vessels, according to the ANDvisio program.

Download (694KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».