Im Zeitalter der Weltraumforschung hatte die Mikrogravitationsumgebung einen tiefgreifenden Einfluss auf das mechanische Wahrnehmungssystem der Zelle. Wenn die Schwerkraftbeschleunigung auf ein Millionstel der Erdoberfläche sinkt, erkennen die Integrinrezeptoren auf der Zellmembran zuerst den Mangel an mechanischen Stimulationen, ein primäres Signal, das durch den klebenden Fleckenkomplex in die Zelle übertragen wird. Die Studie stellte fest, dass die Stressfasern im Zytoskelett innerhalb von 24 Stunden eine deutliche Depolymerisierung auftreten und die Anordnungsrichtung der Actinfasern von einer regulären Netzstruktur zu einem unordentlichen Zustand wechselt.

Eine Kaskade der mechanisch empfindlichen Signalwege entfaltet sich daher: Eine Abnahme der ROCK-Kinase-Aktivität führt zu einer Verringerung der Musculoglobulin-Leichtkettenphosphorhydration, die die Zellkräfte verringert; Gleichzeitig wurde die Aktivität der FAK-Src-Signalachse unterdrückt und die Bildungseffizienz der klebenden Flecken um mehr als 40% reduziert. Es ist noch bemerkenswerter, dass die Kernpositionierung der mechanischen Transaktion Kernkomponenten YAP / TAZ signifikant verringert wurde, was zu einem Rückgang der TEAD Transkriptionsfaktor vermittelten proliferationsrelevanten Genexpression um etwa 60% führte.

Auf der Ebene des metabolischen Signalnetzwerks veranlasst die anormale Aktivierung des AMPK-Weges die Zellen von der Oxidationsphosphorylation zur Glykolyse zur Energieversorgung zu wechseln. Die morphologische Analyse der Mitochondrien zeigte, dass die Strukturdichte des Atoms um 30% verringert wurde, begleitet von einer Abnahme der ATP-Produktion. Diese Energiekrise verschärft die Unterdrückung der ERK / MAPK-Wege weiter, wodurch der Anteil der Blockade des Zellzyklus in der G1-Phase um das 1,8-fache erhöht wird.

Auch die epigenetische Regulierung ist an diesem Prozess beteiligt: Die erhöhte Aktivität der Histoprotein-Deacetylase HDAC3 führt zu einem Rückgang der Histoprotein-H3K27-Acetylierungsmodifikationen in den mechanisch empfindlichen Geninitiator-Subregionen. Die Single-Cell-Transcriptome-Sequenzierung ergab signifikante Veränderungen in 378 Genexpressionsspektrumen, die an der Zytoskelettrekonstruktion beteiligt waren, wobei die Störungen des Rho GTPase-Regulierungsnetzes hervorragend waren.

Diese Erkenntnisse offenbaren nicht nur die grundlegende Rolle der Schwerkraft in zellulären Signalnetzwerken, sondern liefern auch eine molekulare Blaupause für die Entwicklung gezielter Interventionsstrategien, die gegen die physiologischen Auswirkungen der Weltraumündung reagieren. Die Bioreaktorforschung, die Mikrogravitationseffekte simuliert, soll zukünftig neue Anwendungswege in der Gewebetechnik und der regenerativen Medizin eröffnen.