Одной из приоритетных задач при освоении дальнего космоса в будущем может стать поддержание вида. Невесомость, как фактор, оказывающий непрерывное действие на организм человека во время космического полёта, препятствует решению данной задачи. Воздействие невесомости способно индуцировать перестройки цитоскелета и изменение экспрессии генов, следствием чего, в частности, может служить нарушение регуляции пролиферации и дифференцировки стволовых клеток, наблюдаемое в условиях микрогравитации (Ogneva I.V., 2022). В случае возникновения нарушений в клетках-предшественниках ооцитов, фертильность особей, предположительно, может снижаться.

D. melanogaster является широко используемым модельным организмом, подходящим для изучения контроля самообновления и дифференцировки стволовых клеток, ввиду консервативности большинства механизмов, осуществляющих данный процесс.

Зародышевые стволовые клетки (ЗСК), служащие предшественниками ооцитов, у дрозофилы локализованы в проксимальной части яичника - гермариуме. В гермариуме различают ниши самообновления и дифференцировки, последовательно сменяющие друг друга. Морфоген Dpp - гомолог BMP человека, секретируемый соматическими клетками ниши самообновления, по-видимому, является одним из ключевых участников процесса определения клеточной судьбы ЗСК в яичниках Drosophila (Xie T, Spradling AC, 1998). Dpp направляет дочерние ЗСК по пути самообновления за счет репрессии генов - таких как bam, экспрессия которых необходима для дифференцировки ЗСК (Song X. et al., 2004; Kirilly D., Xie T., 2007).

В экспериментах, проводимых в условиях 1g, установлено, что в результате сверхэкспрессии Dpp, дифференцировка стволовых клеток в гермариуме не происходит (Xie T, Spradling AC, 1998). Эктопическая экспрессия белка Bam, напротив, приводит к истощению пула стволовых клеток зародышевой линии (Ohlstein B, McKearin D, 1997).

Определяли относительное содержание морфогена Dpp и белка Bam в яичниках 2-дневных D. melanogaster, экспонируемых в условиях симулированной невесомости на машине случайного позиционирования, в течение 79 часов, что соответствует полному циклу оогенеза плодовой мушки.

Согласно полученным результатам, в группе, 79-часовая экспозиция которой проходила в условиях симулированной невесомости, содержание морфогена Dpp было уменьшено относительно показателя контрольной группы, но уровень содержания белка Bam в группе при этом был сопоставим с контролем.

Результаты, отражающие отсутствие изменений содержания Bam, при снижении относительного содержания Dpр, в яичниках мух после 79-часового воздействия условий невесомости, могут косвенно свидетельствовать об ускорении истощения пула стволовых клеток зародышевой линии в этих условиях и иметь значение для понимания механизмов, участвующих в его поддержании в условиях изменённой гравитации.

Работа поддержана программой фундаментальных исследований ГНЦ РФ – ИМБП РАН 65.4.

One of the priority tasks in the exploration of deep space in the future may be the maintenance of the species. Weightlessness, as a factor that has a continuous effect on the human body during space flight, prevents the solution of this problem. The impact of weightlessness can induce rearrangements of the cytoskeleton and changes in gene expression, which, in particular, may result in a violation of the regulation of proliferation and differentiation of stem cells observed in microgravity (Ogneva I.V., 2022). In the event of abnormalities in oocyte progenitor cells, the fertility of individuals, presumably, may decrease.

D. melanogaster is a widely used model organism suitable for studying the control of self-renewal and stem cell differentiation due to the conservatism of most of the mechanisms that carry out this process.

Germline stem cells (GSCs), which serve as precursors of oocytes, are localized in Drosophila in the proximal part of the ovary, the germarium. In the germarium, niches of self-renewal and differentiation are distinguished, successively replacing each other. The Dpp morphogen, a human BMP homologue, secreted by somatic cells of the self-renewal niche, appears to be one of the key players in determining the cell fate of GSCs in Drosophila ovaries (Xie T, Spradling AC, 1998). Dpp directs daughter GSCs along the path of self-renewal by repressing genes such as bam, the expression of which is necessary for GSC differentiation (Song X. et al., 2004; Kirilly D., Xie T., 2007).

In experiments carried out under 1g conditions, it was found that as a result of Dpp overexpression, stem cell differentiation in the germarium does not occur (Xie T, Spradling AC, 1998). Ectopic expression of the Bam protein, on the contrary, leads to the depletion of the germline stem cell pool (Ohlstein B, McKearin D, 1997).

We determined the relative content of the Dpp morphogen and the Bam protein in the ovaries of 2-day-old D. melanogaster exposed under simulated weightlessness on a random positioning machine for 79 hours, which corresponds to the full cycle of fruit fly oogenesis.

According to the results obtained, in the group whose 79-hour exposure took place under conditions of simulated weightlessness, the content of the Dpp morphogen was reduced relative to the control group, but the level of the Bam protein in the group was comparable to the control.

The results, reflecting the absence of changes in the content of Bam, with a decrease in the relative content of Dpp, in the ovaries of flies after 79 hours of exposure to weightless conditions, may indirectly indicate an accelerated depletion of the germline stem cell pool under these conditions and be important for understanding the mechanisms, participating in its maintenance in conditions of altered gravity.

This work was financially supported by the program for fundamental research SSC RF–IBMP RAS 65.4.