Method Article

Verkennen van de effecten van de ruimtevaart op de Fysiologie van de muis met behulp van de Open Access NASA GeneLab Platform

DOI:

10.3791/58447

⸱

January 13th, 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1WYLE Labs, Space Biosciences Division, NASA Ames Research Center, 2Space Biosciences Division, NASA Ames Research Center, 3USRA, NASA Ames Research Center

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De NASA GeneLab platform verschaft onbelemmerde toegang tot kostbare omics gegevens uit biologische ruimtevlucht experimenten. We beschrijven hoe een typische muis experiment is uitgevoerd in de ruimte en hoe gegevens uit dergelijke experimenten kunnen worden benaderd en geanalyseerd.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Uitvoeren van biologische experimenten in de ruimte vereist speciale accommodaties en procedures om ervoor te zorgen dat deze onderzoeken worden uitgevoerd effectief en efficiënt. Bovendien, gezien de beperkte van deze experimenten is het noodzakelijk dat de gevolgen daarvan worden gemaximaliseerd. De snelle vooruitgang van omics-technologieën biedt een mogelijkheid om drastisch verhogen van de hoeveelheid gegevens van kostbare ruimtevlucht exemplaren geproduceerd. Als u wilt profiteren van dit, heeft NASA de GeneLab platform bieden onbeperkte toegang tot ruimtevaart omics gegevens te stimuleren haar brede analyse ontwikkeld. Knaagdieren (ratten en muizen) zijn gemeenschappelijk modelorganismen, gebruikt door wetenschappers te onderzoeken ruimtevaartgerelateerde biologische effecten. De behuizing dat huis knaagdieren tijdens bemande ruimtevaart knaagdier Habitats (voorheen dier behuizing Modules heten), en wezenlijk verschillend van standaard vivarium zijn kooien in hun afmetingen, luchtstroom, en toegang tot water en voedsel. Bovendien, als gevolg van milieu- en atmosferische omstandigheden op het International Space Station (ISS), worden dieren blootgesteld aan een hogere CO2 -concentratie. Onlangs meldden we dat muizen in de knaagdier Habitats grote veranderingen in hun transcriptome ervaren ongeacht of de dieren op de grond waren of in de ruimte. Deze veranderingen waren bovendien consistent met een hypoxische reactie, potentieel gedreven door de hogere CO2 -concentratie. Hier beschrijven we hoe een typische knaagdier experiment is uitgevoerd in de ruimte, hoe omics gegevens uit deze experimenten kunnen worden benaderd via het platform GeneLab en identificeren van de belangrijkste factoren in deze gegevens. Met behulp van dit proces, kan eenieder kritische ontdekkingen die van het ontwerp van toekomstige ruimtevluchten en activiteiten veranderen kunnen maken.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het algemene doel van dit manuscript is bedoeld als een duidelijke methodologie van het gebruik van NASA's GeneLab platform1 en hoe knaagdier experimenten gedaan in de ruimte zijn vertaald naar omics gegevens voor analyse. Mensachtig mensen worden blootgesteld aan vele gezondheidsrisico's van gewijzigde zwaartekracht velden, ruimte straling, isolatie van de aarde, en andere vijandige milieufactoren2,3,4,5, 6. biologische experimenten in de ruimte en op de grond hebben geholpen om te definiëren en te kwantificeren van deze risico's7,8,9,10,11, 12 , 13 , 14. deze experimenten in de ruimte, op het International Space Station (ISS), de Space Shuttle, en andere orbitale platforms zijn uitgevoerd. Deze experimenten vereist gespecialiseerde hardware en methodologie gezien de unieke zorgen voor het uitvoeren van experimenten in de ruimte, met inbegrip van de bemanning van de beperkte tijd en het milieu van microzwaartekracht. Verschillende platformen bestaan nu voor het uitvoeren van geavanceerde experimenten in de ruimte met behulp van plantaardige, dierlijke en microbiële modellen15.

Knaagdier modellen geweest met name belangrijk voor het bevorderen van ons begrip van hoe zoogdieren, inclusief de mens, op ruimtevaart reageren. Het gaat hierbij om de impact van ruimtevlucht op de spier structuur16,17,18 en immuun functies19,20,21. De standaard vivarium kooien gebruikt voor huisvesting knaagdieren op aarde zijn niet geschikt voor ruimtevaart experimenten22,23. Daarom, meer dan het jaar muizen en ratten zijn gevlogen en in verschillende kooien gehuisvest, met inbegrip van de Japanse Aerospace Exploration Agency (JAXA) Habitat kooi24, dier uitvoering ruimte capsules gebruikt op de BION-M1 onbemande Russische satelliet25 ,26,27, de muizen lade System (MDS) ontworpen door het Italiaanse Ruimteagentschap28,29,30, de NASA dier behuizing Module (AEM) en nu de NASA Knaagdier Transporter en Habitats23. Knaagdier experimenten begon aan boord van de Space Shuttle met behulp van kooien waarnaar wordt verwezen als het dier behuizing Module (AEM). Dit apparaat werd gebruikt in 27 knaagdier experimenten op de Space Shuttle-23. De AEM werd oorspronkelijk ontwikkeld voor relatief korte experimenten aan boord van de shuttle (< 20 dagen). Sinds de ontwikkeling van het ISS, de AEMs voor langere duur experimenten zijn gewijzigd en worden nu aangeduid als knaagdier Habitats22,23. De nieuwe knaagdier Habitats zijn ontworpen ter ondersteuning van lange duur missies in het ISS met behulp van de EXpedite de verwerking van de experimenten voor het ruimtestation (EXPRESS) Rack interface. Knaagdier habitat zijn wezenlijk verschillend van standaard vivarium kooien in hun afmetingen, luchtstroom, filter en uitlaatsysteem en toegang tot voedsel en water (Figuur 1). Deze hardware heeft echter bewezen een effectieve onderzoeksplatform, waardoor belangrijke inzichten in de ruimtevaart-geïnduceerde veranderingen op zoogdieren fysiologie19,31,32,,33 ,34,35,,36.

Grote gegevensvolumes omics kunnen nu worden gegenereerd vanuit de biologische ruimtevlucht experimenten, met inbegrip van die uitgevoerd met knaagdieren. Onlangs, gegevens uit deze omics experimenten hebben zijn publiek beschikbaar gemaakt via de NASA GeneLab platform1 is een uitgebreide datarepository en analyse platform waarmee iedereen te ontwikkelen van hypothesen uit experimenten voor ruimtevlucht. GeneLab biedt tools voor de ontdekking, toegang, delen en analyseren van gegevens. We gebruikt GeneLab datasets om te laten zien dat verschillen tussen de standaard vivarium kooien en gespecialiseerde knaagdier Habitats gebruikt in ruimte enorme verschillen in de transcriptome van muizen36 veroorzaken. We geanalyseerd vier verschillende publiekelijk beschikbare datasets, vergelijken van verschillende weefsels van knaagdieren in de knaagdier Habitats of standaard vivarium kooien gehuisvest. Met behulp van een onbevooroordeelde biologie systeemanalyse, vastbesloten wij dat de belangrijkste stuurprogramma's en trajecten die werden veranderd waren consistent met een hypoxische antwoord te wijten aan de hoge CO2 niveaus veroorzaakt door hogere CO2 concentraties op ISS, wat tot hogere CO leidt 2 concentraties in de Habitat van de knaagdier gezien het feit dat ze zijn passieve systemen die deelnemen aan de omgevingslucht. Dit toont aan hoe wetenschappers open source tools en gegevens gebruiken kunnen voor het genereren van nieuwe bevindingen met implicaties op hoe astronaut gezondheid van invloed op het milieu van het ISS.

Hier beschrijven we hoe knaagdier experimenten in de ruimte en hoe gegevens uit deze experimenten kunnen worden benaderd door middel van een open-source, dienst platform aan ruimte biologie gerelateerde worden uitgevoerd. We bespreken de configuratie van de Habitats van de knaagdieren gebruikt voor ruimtevluchten en hoe ruimtevlucht weefsels worden verwerkt. Ook beschrijven we hoe ruimtevlucht omics gegevens kan worden gedetecteerd en benaderd over GeneLab en hoe sleutelfactoren rijden de algemene reactie op de ruimtevaart kan worden geïdentificeerd36. In het specifieke voorbeeld wij presenteren zal over de wijze waarop dit protocol wordt geïmplementeerd zal het vergelijken van de biologische verschillen die zich voordoen bij knaagdieren gehuisvest in knaagdier Habitat en de vivarium-besturingselementen die werden gepubliceerd door Beheshti et al.36. Het is belangrijk op te merken dat de grond besturingselementen essentieel voor bemande ruimtevaart knaagdier experimenten zijn. Zoals beschreven in dit protocol, zijn deze besturingselementen gedaan met beide identieke omstandigheden (dat wil zeggen, CO2 voorwaarden, vochtigheid, temperatuur, afmetingen van de kooi, etc.) in de knaagdier leefgebieden op het ISS en standaard vivarium kooien die de standaard hebben milieu (dwz, CO2 voorwaarden, vochtigheid en temperatuur) omstandigheden op aarde. De knaagdieren gehuisvest in de knaagdier Habitat grond-besturingselementen is voorzien van de directe vergelijking met knaagdieren in de ruimte. Terwijl knaagdieren gehuisvest in vivarium kooien toestaan voor de biologische vergelijking tussen de verschillende behuizing (bijvoorbeeld vivarium kooien vs. knaagdier hardware). De knaagdier Habitat is anders dan vivarium kooien doordat het constante luchtstroom (0,1-0,3 m/s), een lange duur en een secundaire uitblaasfilter vangt en absorbeert het dierlijk afval naar de uitblaasfilter geleid door continue luchtstroom in microzwaartekracht. Bovendien hebben knaagdier Habitats passieve systemen en inname omgevingslucht; ze hebben daarom ook hogere CO2 concentraties als gevolg van verhoogde niveaus in de ISS-cabine (~ 5000 ppm).

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De dierlijke protocollen voor huisvesting en weefsel verwerking standaard richtsnoeren voor de verzorging van de dieren van het laboratorium en zijn goedgekeurd door NASA's vlucht en gemalen dier zorginstellingen en gebruik commissies (IACUC).

1. configuratie van knaagdier Habitats

Opmerking: De NASA knaagdier Habitats (voorheen AEMs) hebben verschillende kenmerken van de vivarium kooien om tegemoet voor operaties in de ruimte (Figuur 1).

  1. Huis 10 muizen in elk Habitat knaagdier (tot 30 g per muis). Huis 5 muizen per compartiment wanneer de habitat is geconfigureerd in twee compartimenten of 10 muizen als er een één compartiment.
    Opmerking: NASA knaagdier Habitats hebben een grotere toegankelijk oppervlakte per knaagdier dan de standaard vivarium kooien.
  2. Voor grond besturingselementen dieren, huis muizen in knaagdier Habitat binnen de ISS milieu Simulator (ISSES) onder identieke omstandigheden als de dieren van de vlucht met inbegrip van CO2 -concentratie, temperatuur en relatieve vochtigheid.
  3. Dieren voorzien van ad libitum toegang tot aangepaste gemaakte NASA nutriënt opgewaardeerd knaagdier Foodbars (NuRFB) volgens de voedingsbehoeften van het nationale onderzoek Raad (NRR) voor muizen37, en geactiveerd door middel van druk op water lixits.
  4. Toezicht op de gezondheid en het gedrag die zal worden ingeschakeld in de knaagdier Habitats met de 12:12 h licht cyclus vergelijkbaar vivarium kooien in standaard faciliteiten met LED-verlichting overdag en infrarood verlichting tijdens video gezondheidscontroles die tijdens plaatsvinden de dieren de donker cyclus.
  5. Plaats vier camera's in de kooien van knaagdieren Habitat voor de dagelijkse controle van dieren gezondheid en gedrag en verzamelen video 's nachts met infrarood verlichting.
  6. Leveren de knaagdieren naar het ISS in een Transporter (figuur 2B) aan boord van de Dragon Capsule of soortgelijke draagraket.
  7. Ervoor zorgen dat de knaagdieren zijn geobserveerd en onderzocht door de NASA vlucht dierenarts voordat in de Transporter voor lancering wordt geladen, en door de leden van de opgeleide bemanning bij aankomst aan het ISS en voordat de overdracht naar knaagdier Habitats.
  8. Voor deze overgangsperiode, house Max. 20 muizen (10 aan elke kant) of 12 ratten in de transporter.
    Opmerking: Vergelijkbaar met de knaagdier Habitat, de vervoerder is een passieve eenheid voor milieuomstandigheden. Tijdens deze korte overgangsperiode, deze single-eenheid kan het huis van maximaal 20 muizen.

2. knaagdieren Handling voor bemande ruimtevaart experimenten

  1. Knaagdieren van standaard leveranciers aanschaffen.
    Opmerking: Na levering, groep knaagdieren binnen standaard vivarium kooien en hebben de dieren acclimatiseren aan NASA NuRFB, lixits, en verhoogde draad vloeren, totdat de dieren geladen in de Transporter worden. Verlaten van de knaagdieren in de kooien zal toestaan dat de dieren aan te passen natuurlijk. De behandeling van muizen in en uit zowel de knaagdier Habitats en vivarium kooien volgt protocollen gebruikte voor alle knaagdieren experimenten12,27,28. Het knaagdier Habitat systeem (figuur 1A) zal worden gebruikt voor zowel bemande ruimtevaart missie op de St en ISS, respectievelijk, en grond controles ISS of St omgevingsfactoren simuleren.
  2. Gebruik standaard vivarium kooien (figuur 1B) voor het besturingselement vivarium voor sommige missies. Gebruik 5 of 10 muizen per standaard vivarium kooi.
  3. Voor knaagdieren Habitats, plaats je 10 muizen in twee verschillende compartimenten met 5 muizen per compartiment. Verwijder de scheidingslijn van de kooi om huis 10 muizen per Habitat in een één compartiment.
  4. Gebruik maken van drie componenten van de hardware knaagdier tijdens bemande ruimtevaart missies zoals beschreven hieronder (Figuur 2).
    1. Knaagdieren in een Transporter (figuur 2B) voor de reis tussen de aarde en het ISS, of vice versa op dubbele dichtheid (10 muizen per zijde, 20 muizen per vervoerder) plaatsen.
    2. Eenmaal op ISS, hechten de dier toegang eenheid (AAU) (figuur 2C) aan de vervoerder. Overdracht van knaagdieren uit de vervoerder aan de Habitats met behulp van de muis Transfer vakken (MTB) (5 muizen per MTB) (figuur 2D).
      Opmerking: De AAU wordt gebruikt om te bevatten dierlijke producten (bijv., ontlasting, urine, bont) om naar de ISS-cabine.
    3. Loskoppelen van de AAU van de vervoerder en hechten aan de knaagdier Habitat. Vervolgens de dieren van de MTB overbrengen aan de knaagdier Habitat (figuur 2A) waar ze zich voor de duur van de missie bevinden.
      Opmerking: De CO2 -concentratie als gevolg van verhoogde niveaus in de ISS-cabine voor alle knaagdieren Habitats bedraagt 5.000 pagina's per minuut.
  5. Controleren van de temperatuur en de vochtigheid van de Habitats knaagdier, maar er zijn geen actieve thermische controles. Zorg ervoor dat het knaagdier onderzoeksteam met ISS werkt te handhaven en controle van de temperatuur van de cabine, die de temperatuur in de Habitat van knaagdieren bepaalt.
    Opmerking: De lichte en donkere cyclus in de knaagdier Habitats treedt op elke 12 h (b.v., 5:00 – 17:00 GMT, lampjes op) en het ISS bemanning voert regelmatige en frequente verandering uit het voedsel (wekelijks of tweewekelijks) en vullingen van de water (elke ~ 28 dagen).

3. euthanasie van knaagdieren en Processing weefsel

  1. Voor euthanasie, geven knaagdier een overdosis van een algemene verdoving (Ketamine/Xylazine tot 150/45 mg/kg lichaam massa in een met fosfaat gebufferde zoutoplossing voor een totaal volume van 0.3 mL verdund) via intraperitoneale injectie (IP) gekoppeld aan een secundaire methode van euthanasie) cervicale dislocatie of Thoracotomie).
  2. Voor experimenten op het ISS:
    1. Retourneren knaagdieren hetzij wonen, of
    2. Euthanaseren op ISS.
      1. Knaagdier karkassen bij-95 ± 2 ° C in de vrieskasten op het ISS bevriezen en terug te keren naar de aarde op de beschikbare retour voertuig (momenteel SpaceX Dragon capsule).
      2. Zodra de knaagdieren zijn keerde terug naar aarde, ontleden van alle organen en weefsels (d.w.z., , lever, nieren, huid, spieren, hart, milt, ogen, bijnieren, longen en hersenen) en opslaan bij-80 ° C of in RNA oplossing te stabiliseren.
  3. Volg dezelfde procedures en tijdsinstellingen voor alle grond experimenten van het besturingselement als het experiment van de vlucht met een verschuiving van 3 – 5 dagen aan de ISS telemetrie gegevens.
  4. Isoleren van de bewaarde weefsels RNA, eiwitten en DNA-isolatie gebruikt standaard protocollen die zijn beschreven in detail elke dataset op het platform van de GeneLab (genelab.nasa.gov) zijn gekoppeld.
    Opmerking: Knaagdier weefsels niet gebruikt door de primaire onderzoekers uitmaken deel van NASA's institutionele wetenschappelijke collectie. Deze monsters worden opgeslagen in de Ames Research Center (ARC) niet-menselijke Biobank waar ze zijn gecatalogiseerd en beschikbaar gesteld voor verzoek door de wetenschappelijke gemeenschap. Beschikbare weefsels kunnen worden gevonden op de Life Sciences Data archief openbare Website op: https://Lsda.jsc.nasa.gov/Biospecimen.

4. het genereren van Omics gegevens van RNA, DNA en proteïne extracten

  1. Van de uitgepakte macromoleculen (RNA, DNA, eiwitten) door standaard protocollen te gebruiken om omics gegevens te genereren. Deze staan beschreven in detail in de respectieve studie metagegevens op GeneLab.

5. GeneLab Repository en indienen van gegevens

Opmerking: Ruimte biologie gerelateerde omics gegevens worden ingediend bij de GeneLab Data Repository. GeneLab accepteert en gastheren ruimtevaartgerelateerde omics gegevens door meerdere ruimteagentschappen rond de wereld gefinancierd.

  1. Genereren van omics gerelateerde gegevens die kunnen worden gehost op de GeneLab-repository.
    1. Gegenereerde gegevens indienen bij GeneLab, ofwel wanneer de analyse is voltooid of op basis van het oordeel van de onderzoeker.
      Opmerking: Naar andere openbare omics-databases ingediende gegevens zijn geïmporteerd en gepubliceerd in het archief van GeneLab. GeneLab gegenereerde gegevens zijn samengesteld en gepubliceerd zonder een embargo-periode. GeneLab, specifiek het monster verwerking Lab, genereert gegevens uit diverse ruimtevaart-experimenten met behulp van geoptimaliseerde extractie protocollen en technieken om de omics-gegevens van experimenten voor ruimtevlucht.
  2. Wanneer de gegevens klaar om te worden ingediend zijn, opmaken en de metagegevens en de gegevens overbrengen naar GeneLab met de volgende methode (aanvullende figuur 1):
    1. Gebruik de ISAcreator om te definiëren van een experimentele studie en de metagegevens worden opgeslagen.
      Opmerking: De ISAcreator tool is beschikbaar voor download met een begeleide tutorial hier38.
    2. Raadpleeg hier de gegevens vermeld op39 om aanvaarde gegevenstypen en indelingen voor rauw en verwerkte gegevensbestanden te begrijpen.
      1. Om te uploaden en opslag optimaliseren, gegevensbestanden te comprimeren.
    3. De metagegevens en de ruwe en/of verwerkte gegevens overbrengen naar GeneLab gegevens curatoren via de werkruimte40.
    4. Maak een gebruikersnaam en wachtwoord en uploaden van de gegevens.
  3. Zodra de gegevens zijn geüpload naar de werkruimte, moet u gegevens aan een curator GeneLab delen.
    Opmerking: Gedetailleerde stappen over hoe om te uploaden en delen van bestanden kunnen worden gevonden in de Data indiening Guide41.
  4. Elke inzending wordt geverifieerd door een curator en gepubliceerd in de GeneLab bewaarplaats42.

6. het vinden van Datasets voor analyse met behulp van de zoekfuncties op GeneLab

  1. Zoeken naar verschillende datasets op GeneLab door te gaan naar de koppeling (aanvullende figuur 2)38.
    1. Specifiek betrekking hebben op een eerdere publicatie36, zoeken naar de volgende termen: GLDS-21, GLDS-111, GLDS-25 en GLDS-63.
  2. Toegang krijgen tot de homepage van de GeneLab door te klikken op "GeneLab Data System" aan de linkerkant van het scherm.
  3. Voer de trefwoorden in het vak "zoeken naar gegevens" om te zoeken naar specifieke gebieden van belang. In dit geval Voer elk van de volgende-id van de dataset apart: GLDS-21, GLDS-111, GLDS-25 en GLDS-63.
  4. Naast het zoeken van het GeneLab archief, zoeken in andere databases zoals NIH GEO, EBI trots en ANL MG-RAST door het selecteren van de gewenste selectievakjes onder de zoekbalk.
    Opmerking: Momenteel alleen voor de GeneLab repository, een gebruiker kunt zoeken met behulp van de volgende categorieën van de filter: organismen, Assay Type, factoren en Type Project.

7. opslaan en overzetten van bestanden van belang voor analyse

Opmerking: De GeneLab-werkruimte is ontworpen om te slaan en bestanden direct uit de GeneLab database (aanvullende figuur 3).

  1. Klik op "Werkruimte" op de top van het menu Data Systems.
  2. Als nieuwe gebruiker, aanmelden voor een nieuwe account.
    Opmerking: De GeneLab-werkruimte wordt aangedreven door GenomeSpace43.
  3. Toegang tot gedetailleerde instructies over het gebruik van de werkruimte te selecteren "Help" in het bovenste menu en klik op User Guide.
  4. Voor elke gebruiker toegang tot alle de datasets in het archief van de GeneLab door het selecteren van de "Openbare/genelab" map in het linker menu.
  5. Kopieer de datasets van belang naar een lokale map werkruimte door te gaan naar de map met de gegevens van belang. Klik met de rechtermuisknop op het specifieke bestand, selecteer "kopiëren/verplaatsen" in het menu dat verschijnt, selecteert u de map naar het bestand te kopiëren, en klik op "kopiëren".
    1. De volgende datasets aan een eerdere publicatie36 gerelateerde zoals hierboven geïnstrueerde vinden en kopiëren naar de lokale werkruimte: GLDS-21, GLDS-111, GLDS-25 en GLDS-63.

8. toegang tot de metagegevens en beschrijving van elke studie

Opmerking: Metadata bestanden voor elke dataset in het archief van de GeneLab zijn in de submap dataset "Publiek/genelab" in het menu aan de linkerkant.

  1. De metadata informatie vinden voor de dataset van belang door toegang tot een of meer metadata bestanden in een submap van de "metadata" van elke dataset. Bijvoorbeeld, voor GLDS-100, zijn er 2 bestanden in de submap "Publiek/genelab/GLDS-100/metadata": "GLDS-100_metadata_RR1_BIOBANK-oog-ISA.zip" en "GLDS-100_metadata_RR1ExpDesign.pdf".
    1. Zorg ervoor dat elke dataset een interne zip-bestand waarmee de metadata volgens de specificatie van de ISATab (die bevat de MIAME, MIAPE en andere MIBBI kader normen voor minimale metagegevens eisen). Altijd eindigen dit type bestandsnaam in "ISA.zip". Bijvoorbeeld, voor GLDS-100 is dit bestand "GLDS-100_metadata_RR1_BIOBANK-oog-ISA.zip".
  2. De ISACreator tool44 of een teksteditor gebruiken om te visualiseren en toegang tot de metagegevens van de ISATab, waarin de beschrijvende tekst voor de studie en assay metagegevens voor elke dataset.
    Opmerking: Binnen de metagegevens van de ISATab, monsters zijn beschreven en bioassays zijn gekoppeld en bioassays zijn beschreven en die zijn gekoppeld aan gegevens uitvoerbestanden.
  3. Controleren op de aanwezigheid van de output assay gegevensbestanden die zich bevinden binnen elke dataset in submappen per soort assay. Bijvoorbeeld, voor GLDS-100, RNA-Seq assay uitvoerbestanden bevinden zich in het "publiek/genelab/GLDS-100/transcriptomics /" map.

9. analyse van GeneLab gegevens

Opmerking: Diverse pijpleidingen kunnen worden geïmplementeerd voor verschillende omics-gegevens. Hier, in het specifieke voorbeeld richt zich op een onpartijdige systemen biologie transcriptomic pijpleiding die is gebruikt om te bepalen van de "belangrijkste drijvende krachten" van het systeem wordt bestudeerd.

  1. Selectievakje eerder gepubliceerd literaturen36,45,46,47,48,49,50 te begrijpen deze pijpleiding.
  2. Zodra een specifiek dataset van belang is geselecteerd voor analyse, de gegevens downloaden naar een lokale computer met de volgende methode:
    1. Klik op de specifieke dataset.
    2. Klik op het tabblad van de "Studie Files" op het linkeruiteinde van de headers.
    3. Zorg ervoor dat alle datafiles en metagegevens beschikbaar in dit menu zijn.
    4. Klik op de specifieke bestandsnamen elk bestand te downloaden.
  3. Voor de microarray datasets die worden gedownload van GeneLab, de volgende voorbewerkend stappen te gebruiken.
    1. Proces de ruwe gegevens voor elk afzonderlijk met behulp van achtergrond aftrekken en kwantiel genormaliseerd met behulp van RMAExpress51 voor de commerciële microarrays dataset.
    2. Maak beginsel componenten analyse (PCA) percelen R gebruiken om te bepalen hoe nauw de biologische repliceert gegroepeerd.
    3. Gegevens importeren in MultiExperiment Viewer52 en berekenen van belangrijke genen eerst met behulp van de valse ontdekking tarief (FDR) statistieken beginnen met FDR < 0.05. Als geen aanzienlijke genen met FDR statistieken verscheen, dan gebruikt t-standaardtests beginnend met een p-waarde < 0.05 te bepalen van de belangrijke genen.
    4. Zodra de statistisch significant gereglementeerde genen hebben vastgesteld, ten uitvoer leggen een vouw-change-licht-donkerscheiding van ≥ 1.2 of ≤ -1,2 te vergelijken van de experimentele monsters met de besturingselementen.
  4. Gebruik gen instellen verrijking analyse (GSEA)53 voor traject en functionele voorspellingen.
    1. Gebruik GSEA ofwel via GenePattern54,55, maar rechtstreeks via GSEA, of het gebruik van R-programmeeromgeving.
    2. Bepalen van de aanzienlijk gereglementeerde trajecten met behulp van de volgende gen sets: C2, C5, en kenmerken.
    3. Toekomstgerichte analyses uit te voeren op de aanzienlijk gereglementeerde gene sets en toonaangevende genen geassocieerd met elk experimentele vergelijking en Gene Set bepalen.
    4. De toonaangevende genen die elkaar overlappen tussen alle het gen wordt ingesteld voor elke experimentele voorwaarde vinden.
  5. Gebruik een ander platform om te bepalen van de voorspelde functies en trajecten die zijn aanzienlijk wordt geregeld. In dit geval door vindingrijkheid traject analyse (IPA) te gebruiken om te bepalen van de significante upstream regelgevers, biofunctions en canonieke trajecten.
    1. Het uploaden van de lijst van genen met vouw-veranderingswaarden voor de statistisch significant genen in stap 9.4.4 vastgesteld.
    2. IPA-instructies voor het genereren van stroomopwaartse regelgevende instanties, biofunctions en canonieke trajecten voor elk experimenteel vergelijking.
    3. Bepalen dat het gen geassocieerde voor upstream regelgevers, biofunctions en canonieke trajecten hebben een activering z-score ≥ 2 (aangegeven activering) of ≤ -2 (met vermelding remming).
    4. De overlappende genen aan alle bovenstaande voorspellingen gerelateerde vinden.
  6. Bepalen van gemeenschappelijke/overlappende genen tussen stappen 9.4 en 9.5.
    Opmerking: Deze genen worden beschouwd als de genen van de sleutel/bestuurder beheersing van de meerderheid van de voorspelde functies en activiteiten met de experimentele omstandigheden worden geanalyseerd. Vorige studies hebben aangetoond dat uitsparen of bevordering van deze genen zorgt voor de experimentele conditie of niet-functionele45,46,49systeem wordt bestudeerd.
    1. Bouwen netwerken via IPA (of een netwerk vergadering software) om te bepalen van de connectiviteit van de genen.
    2. Beschouw het meest verbonden gen als centrale hub rijden de belangrijke genen.
    3. Groep alle belangrijke genen in een netwerk en herhaal connectiviteit proef ter bepaling van de centrale hub die plaatsvindt onder alle belangrijke genen van alle datasets worden geanalyseerd om te bepalen van de connectiviteit tussen de datasets.

10. met behulp van Galaxy56 Interface op GeneLab om Transcriptomic gegevens te analyseren

Opmerking: Hier wordt een protocol voor het gebruik van de GeneLab Galaxy interface (beschikbaar val 2018) voor het analyseren van transcriptomic gegevens uit GeneLab beschreven. Galaxy tutorials in overvloed. In het volgende voorbeeld tutorials over het gebruik van Galaxy zijn in het algemeen beschikbaar elesewhere57,58.

  1. Gebruikers kunnen zich aanmelden bij GeneLab met behulp van Google of NASA referenties. GeneLab Galaxy gereedschappen bevinden zich onder het menu "Analyze".
  2. Volg deze drie manieren gegevens overbrengen naar de GeneLab Galaxy-platform.
    1. Het uploaden van gegevens vanaf het lokale bestandssysteem met behulp van de functie "Upload gegevens".
    2. Gegevens importeren uit GeneLab GenomeSpace met het GenomeSpace importeur gereedschap onder "Gegevens ophalen" sectie.
      Opmerking: Alle gegevensbestanden van de GeneLab zijn beschikbaar in de map 'public', georganiseerd door de dataset toetreding nummer (zie hierboven).
    3. Gegevens importeren weergegeven in de "history" van de afdeling van de analyse aan de rechterkant. Gebruikers kunnen meerdere geschiedenissen, die worden beheerd met behulp van "Historieopties" of "Bekijk alle geschiedenissen" knoppen boven aan het deelvenster geschiedenis hebben.
  3. Instrumenten voor de analyse zijn opgenomen en doorzoekbaar op de linkerkant van de interface.
  4. Controleer voor het uiterlijk van datasets die zijn ingevoerd op de huidige geschiedenis.
    Opmerking: Veel details met betrekking tot de gegevens zijn beschikbaar voor inspectie elke dataset.
  5. Selecteer een gereedschap op de linker kant te vullen een formulier in het midden paneel, met opties voor de analyse en de specificatie van gegevens ingangen. Het scheppen van banen voor het uitvoeren van de analyse door het formulier in te vullen en op "Uitvoeren".
  6. Controleer voor werkgelegenheid ingediend die zijn vertegenwoordigd in de geschiedenis en vergelijkende om aan te geven van de status van de uitvoering (in de wachtrij, uitvoerende, voltooide met of zonder fouten).
  7. De hulpprogramma's in complexe workflows koppelen. Beheren van workflows via hulpprogramma's in het menu "Werkstromen". Figuur 3 toont een van de voorbeeldwerkstroom die is gemaakt voor de verwerking van gegevens van de RNA-seq.
  8. Datasets, werkstromen en geschiedenis delen met anderen met behulp van het menu "Shared Data".

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bepaling van de drijvende krachten van ruimtevaart transcriptomic gegevens assisteert NASA met bepalen van gezondheidsrisico's en potentiële tegenmaatregelen te ontwikkelen ter bestrijding van de negatieve effecten op de gezondheid van de astronaut. In onze recente publicatie, we de bovenstaande stappen hebt uitgevoerd en GeneLab datasets zodat een roman vinden dat CO2 -concentratie in het ISS invloed op gezondheid36 hebben kunnenmet succes gebruikt. Wij hebben de techniek hierboven ook gebruikt in andere studies aan met succes het bepalen van de belangrijkste factoren die het aandrijfsysteem wordt bestudeerde45,46,47,48,49,50 . Hier zullen we laten zien hoe de resultaten van het gebruik van dit protocol kunnen met succes worden gebruikt om te bepalen van de belangrijkste drijvende krachten.

In deze studie, we voornamelijk gericht op de biologische verschillen die zich bij knaagdieren gehuisvest in de controles van de grond knaagdier gewoonten en de vivarium voordoen. Zoals hierboven beschreven, is de sleutel tot een beter inzicht te krijgen in deze twee habitats, die geeft ons informatie over mogelijke storende factoren die van invloed kunnen zijn voor de gezondheid als gevolg van de omgeving in het ISS. Voor alle knaagdieren ruimtevlucht experimenten zijn deze grond besturingselementen ook essentieel om te bepalen welke biologische factoren zijn hoort direct bij bemande ruimtevaart of als gevolg van de milieu-omstandigheden in het ISS. Zoals in het protocol, is het milieu voorwaarde voor de vivarium habitat niet blootgesteld aan de hogere CO2 -niveau, die aanwezig is voor de knaagdier Habitat. De habitat van vivarium heeft de normale CO2 -niveau, die aanwezig is op aarde (momenteel 300 tot 380 ppm). De temperatuur en de vochtigheid van beide habitats zijn vergelijkbaar.

Wij de volgende datasets van het GeneLab platform gebruikt om te bepalen van de belangrijkste genen tussen de knaagdieren gehuisvest in de knaagdier Habitat grond en vivarium grond besturingselementen die verantwoordelijk zijn voor het besturen van de verschillen tussen de twee habitats: GLDS-21, GLDS-111, GLDS-25 en GLDS-63. Analyse om te bepalen van de significante genen werd uitgevoerd zoals hierboven beschreven tussen de knaagdier Habitat (voorheen AEM) en vivarium besturingselementen onafhankelijk voor elke dataset. PCA percelen bleek groepering van de biologische repliceert (Figuur 4 toont die de PCA voor GLDS-21 percelen). Uit de voorbewerkte gegevens vastbesloten wij de toonaangevende genen van de verschillende GSEA gene sets. Met behulp van de genen met 1.2-keer-verandering (log2), konden wij voorspellen de genen die betrokken zijn met voorspellingen voor upstream regelgevers, canonieke trajecten en biofunctions. Voor elke dataset dan vonden we de gemeenschappelijke/overlappende genen betrokken voor alle de genen (Figuur 5). Deze genen worden nu verondersteld te rijden de reactie tussen de knaagdieren in de knaagdier Habitats (of AEM) en vivarium besturingselementen. Netwerk vertegenwoordiging van hoe deze belangrijke genen connect toont dat de centrale hubs voor elke dataset wordt geanalyseerd (Figuur 6). MAPK1 is bijvoorbeeld de centrale hub voor St-108 skeletspieren weefsels van muizen (figuur 6A). Dit zou worden geïnterpreteerd als het gen dat is het rijden van de belangrijkste genen en waarschijnlijk de centrale speler voor het veroorzaken van biologische verschillen voor muizen gehuisvest in knaagdier Habitats versus de vivarium kooien. In onze eerdere werk bespreken we hoe deze belangrijke genen worden geassocieerd met CO2 reactie van de bestaande wetenschappelijke literatuur en hoe deze genen verantwoordelijk kunnen zijn voor biologische veranderingen waargenomen in de muizen36.

Het nemen van een systeembenadering van de biologie, vastbesloten wij volgende een "master regulator" dat verbindt alle datasets/weefsels en is mogelijk verantwoordelijk voor universele biologische effecten bij knaagdieren gehuisvest in AEMs ten opzichte van vivarium kooien. Dit werd gedaan door het bepalen van het gen van alle van de datasets die het meest verbonden wanneer het construeren van een netwerk van alle belangrijke genen. We waren in staat om aan te tonen dat MAPK1 het meest verbonden gen en de centrale hub van alle belangrijke genen (Figuur 7). Om te bevestigen dat als MAPK1 mogelijk verantwoordelijk voor biologische veranderingen in muizen uit de hogere CO2 niveaus in AEMs, wij keek door de wetenschappelijke literatuur voor ondersteunend bewijsmateriaal. We vonden verschillende studies die aangeeft van de correlatie van MAPK1 met CO259 en hypoxie19,60,,61.

figure-results-1
Figuur 1 : The knaagdier Habitat (voorheen AEM) ten opzichte van de kooien van vivarium. (A) afbeelding van de kooi van de AMM's geboden door NASA (Credits: NASA/Dominic Hart). (B) de standaard vivarium kooi dat is op dit moment gebruikt (foto genomen door ons laboratorium). Dit cijfer is gewijzigd van Beheshti et al.36. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

figure-results-2
Figuur 2 : The knaagdier Habitat hardwaresysteem met de drie verschillende modules betrokken tijdens het vervoer van en naar de ruimtemissies. De linker module (A) is de knaagdier Habitat module (voorheen AEM), de center module (B) de vervoerder is, en de juiste module (C) is het dier toegang eenheid (AAU). (D) De muis overdracht vak (MTB). (Credits: NASA/Dominic Hart). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

figure-results-3
Figuur 3 : Analyse voorbeeldwerkstroom die kan worden gebruikt in de interface van de GeneLab Galaxy proces gegevens van RNA-seq. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. 

figure-results-4
Figuur 4 : Belangrijkste componenten analyse (PCA) van representatieve dataset na voorbehandeling stappen. GLDS-21 dataset voor AEM vs. vivarium kooi wordt ook weergegeven voor de lymfkliertest skeletspieren van de missie STS-118. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

figure-results-5
Figuur 5 : Venn-diagram dat vertegenwoordigt welke belangrijke genen worden bepaald met behulp van verschillende pathway voorspelling tools. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. 

figure-results-6
Figuur 6 : De belangrijkste genen bepaald voor alle voorwaarden en lymfkliertest weefsels tussen de AEM versus . vivarium kooien. (A-E) De vertegenwoordiging van het netwerk van de belangrijke genen voor elke dataset/knaagdier weefsel. Wijzigingen vastleggen in logboek2 vouw-(met een cutoff van 1.2-keer-verandering) naar de genexpressie werden gebruikt om het verkrijgen van verschillende tinten groen voor vouw-verandering in genen werden, terwijl verschillende roodtinten vouw-verandering in upregulated genen verbeelden. Hoe donkerder de schaduw van groen of rood, hoe groter de fold-verandering. Dit cijfer is gewijzigd van Beheshti et al.36. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

figure-results-7
Figuur 7 : Bepalen van de "meester"regulator voor knaagdieren in knaagdier Habitat behuizing ten opzichte van vivarium kooien. Verbindingen tussen alle individuele belangrijke genen (Figuur 6) werden bepaald en weergegeven als een netwerk via IPA. Netwerk wordt vertegenwoordigd als een radiale complot met het meest verbonden belangrijke gen, MAPK1, in het midden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Aanvullende Figuur 1: GeneLab-GenomeSpace integratie met ISACreator voor het stroomlijnen van gegevensverwerkingen. Klik hier voor het downloaden van dit cijfer. 

Aanvullende Figuur 2: Screenshot van GeneLab zoekopdrachten Federatie/integratie met heterogene bioinformatics externe databases (GEO, trots, MG-RAST). Gelieve Klik hier om te downloaden van deze afbeelding

Aanvullende Figuur 3: Screenshot van de gezamenlijke werkomgeving van GeneLab, waaruit de gebruiker account beheer en toegang tot besturingselementen (bijvoorbeeld, particuliere, openbare en gedeelde mappen).  Please click here to download dit cijfer

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De NASA GeneLab platform is een platform voor uitgebreide omics database en analyse waarmee de wetenschappelijke gemeenschap voor het genereren van nieuwe hypothesen gerelateerde ruimte biologie. Hier hebben we een uitgebreide procedure voor knaagdieren experimenten vanaf het begin van de ruimtevaart aan de generatie van nieuwe hypothese van het analyseren van gegevens met behulp van een openbaar beschikbare ruimte biologie platform gepresenteerd. Daarnaast hebben wij ook een uitgebreide protocol verstrekt op een onbevooroordeelde systemen biologie analyse voor de identificatie van belangrijke genen het aandrijfsysteem bestudeerd. We hebben onze recente studie36 gebruikt als een voorbeeld van hoe effectief dit protocol wordt gebruikt voor het genereren van een nieuwe hypothese voor ruimte biologie. Wij hopen dat dit onderzoekers beter te begrijpen hoe de bemande ruimtevaart experimenten zijn uitgevoerd en hoe gegevens van hen leiden tot de beschikbare gegevens over GeneLab helpt, en uiteindelijk voor duidelijker interpretatie van openbaar beschikbare ruimte biologie omics gegevens toestaan.

Er zijn verschillende kritische stappen binnen ons protocol met betrekking tot zowel de knaagdier ruimtevlucht experimenten en de analyse van de geproduceerde gegevens. Inzicht in de knaagdier Habitat is setup cruciaal voor het ontwikkelen en ontwerpen van de optimale experiment voor ruimtevaart. Dit zou vooral leiden tot het protocol en de beschrijving die wij hebben verstrekt in stap 1 van ons protocol. Zodra een onderzoeker volledig de verschillende omstandigheden in de knaagdier Habitats ten opzichte van vivarium kooien begrijpt, kunnen de biologische resultaten worden geïnterpreteerd naar behoren worden gecorreleerd aan de milieuomstandigheden in de ruimte. In toevoegingen, wijzigingen aan de knaagdier Habitat niet mogelijk, aangezien de knaagdier Habitat is optimaal ontworpen en goedgekeurd door de NASA voor gebruik van de ruimtevaart.

De biologische resultaten interpreteren, hebben we een grondige protocol verstrekt over elke stap betrokken van het uploaden van uw gegevens naar GeneLab analyse van de gegevens voor het genereren van nieuwe ruimte biologie hypothese. Hoewel alle stappen belangrijk zijn in het begrip van hoe om gegevens te genereren, zijn de meest kritische stappen voor gegevensanalyse stap 9 en 10. Stap 9 biedt een protocol om te analyseren transcriptomic gegevens met behulp van een onbevooroordeelde systemen biologie methode om te bepalen van genen/trajecten die rijdt echt de experimentele conditie wordt geanalyseerd. Stap 10 is essentieel want het biedt gebruikers met een eenvoudig methodologie voor het analyseren van omics GeneLab datasets met behulp van de GeneLab platform. Wijzigingen in het protocol geboden kunnen worden gedaan voor enkele stappen met betrekking tot het analyseren van gegevens. In het bijzonder stappen 9.4-9.6 kunnen worden gedaan met behulp van R programmering of elke andere favoriete tools die de gebruiker verkiest. Afhankelijk van de dataset, kunnen verschillende statistieken en vouw-verandering cutoffs worden gebruikt om de aanzienlijk gereglementeerde genen bepalen. Bovendien, ter bepaling van de belangrijkste genen in stappen 9.5 en 9.6, kan de gebruiker dit protocol wijzigen en gebruiken een hulpmiddel dat gebruik maakt van de aanzienlijk gereglementeerde genen te voorspellen van functies. Het belangrijke concept is dat met behulp van de hulpprogramma's meerdere voorspellende functionele omics toestaat voor bepaling van genen die betrokken zijn bij het merendeel van de functies wordt geregeld in het systeem wordt bestudeerd.

De GeneLab-platform blijft ontwikkelen, en terwijl de hier beschreven analyses werden uitgevoerd na het downloaden van gegevens, de volgende fase van GeneLab zal toestaan voor analyse van omics gegevens direct op GeneLab platform, dat een eenvoudig workflow bieden zal te genereren verwerkte gegevens voor hogere-orde analyse. Bovendien overwegende dat we hebben gericht op een protocol voor het interpreteren van de gegevens van de transcriptomic, bevat GeneLab een breed scala aan omics gegevens met inbegrip van proteomic, genomic, metabolomic, en epigenomic. De uiteindelijke platform zal pijpleidingen en richtsnoeren voor de analyse van deze verschillende soorten omics bevatten. De laatste fase van GeneLab implementeert ook een systeeminterface niveau visualisatie zodat de basisgegevens van gebruikersaccounts om te gemakkelijk ruimte biologie hypothesen te genereren.

Tot slot, onze systemen biologie analyse biedt een unieke en onbevooroordeelde methode voor het bepalen van de sleutel rijden genen/trajecten in elk systeem wordt bestudeerd met behulp van omics datasets. We hebben deze methodologie in verscheidene verschillende onafhankelijke studies met groot succes gebruikt om te bepalen van de belangrijkste drijvende krachten betrokken36,45,46,47,48,49 ,,50. In een kanker gerelateerde omics studie, met gebruikmaking van deze methodiek we experimenteel gevalideerd dat onze voorspelde belangrijke genen/trajecten eigenlijk de drug behandeling reactie rijden door de belangrijke genen in vitro45uitsparen. We hebben vastgesteld, zoals wij hadden voorspeld door middel van dit protocol, dat de behandeling niet doeltreffend meer vanwege het ontbreken van de belangrijke genen was. Wij zijn van mening dat dit protocol van de biologie onbevooroordeelde systemen kunnen een nuttig instrument om te bepalen van de belangrijkste trajecten voor elke omics-studie.

Dit protocol biedt een snelle en efficiënte methode voor het genereren van nieuwe ruimte biologie hypothesen. De gegevens die zijn gegenereerd uit GeneLab kan zijn leveraged door onderzoekers voor toekomstige financieringsmogelijkheden, experimentele validatie en potentiële doelen voor ontwikkeling van tegenmaatregelen tegen straling van microzwaartekracht en ruimte. Het protocol hier toestaat voor toekomstige ruimte biologie onderzoek optreden met optimaal rendement toe voor veilige langdurige ruimtemissies.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wij willen Alison French bij NASA Ames Life Science gegevensarchief bedanken voor haar hulp bij het verkrijgen van de video met betrekking tot de knaagdieren Habitats en algemene hulp bij het verkrijgen van cage verwante informatie. We willen ook Marla Smithwick bij NASA Ames Research Center bedanken voor haar hulp bij het verkrijgen van de juiste informatie. Onderzoeksfinanciering werd verstrekt door het GeneLab Project bij NASA Ames Research Center, via NASA de ruimte biologie programma in de divisie van het leven van de ruimte en de Physical Sciences onderzoek en de toepassingen (SLPSRA). Elk gebruik van merknamen dient alleen ter beschrijvende en impliceert geen goedkeuring door de regering van de VS.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
C57BL/6 MiceThe Jackson LaboratoyC57BL/6JC57BL/6 mice were used for datasets related to Rodent Research-1 experiments
BALB/C MiceTaconicBALBBALB/C mice were used for datasets related to Rodent Research-3 experiments
Vivarium CagesCharles River LaboratoryStandard murine cages purchased from Charles River Laboratory
Rodent HabitatNASAThis cage and all components are built internally at NASA
RNAlaterThermoFisher ScientificAM7020RNAlater is used to store the tissue for further RNA isolation

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. genelab.nasa.gov (2018).">GeneLab. , genelab.nasa.gov (2018).
  2. Vive la radioresistance!: converging research in radiobiology and biogerontology to enhance human radioresistance for deep space exploration and colonization. Oncotarget. 9 (18), 14692-14722 (2018).">Cortese, F. Vive la radioresistance!: converging research in radiobiology and biogerontology to enhance human radioresistance for deep space exploration and colonization. Oncotarget. 9 (18), 14692-14722 (2018).
  3. NASA GeneLab Project: Bridging Space Radiation Omics with Ground Studies. Radiation Research. , (2018).">Beheshti, A. NASA GeneLab Project: Bridging Space Radiation Omics with Ground Studies. Radiation Research. , (2018).
  4. Impact of Particle Irradiation on the Immune System: From the Clinic to Mars. Frontiers in Immunology. 8, 177(2017).">Fernandez-Gonzalo, R., Baatout, S., Moreels, M. Impact of Particle Irradiation on the Immune System: From the Clinic to Mars. Frontiers in Immunology. 8, 177(2017).
  5. Microgravity Stress: Bone and Connective Tissue. Comprehensive Physiology. 6, 645-686 (2016).">Bloomfield, S. A., Martinez, D. A., Boudreaux, R. D., Mantri, A. V. Microgravity Stress: Bone and Connective Tissue. Comprehensive Physiology. 6, 645-686 (2016).
  6. High-Resolution X-Ray Tomography: A 3D Exploration Into the Skeletal Architecture in Mouse Models Submitted to Microgravity Constraints. Frontiers in Physiology. 9, 181(2018).">Giuliani, A. High-Resolution X-Ray Tomography: A 3D Exploration Into the Skeletal Architecture in Mouse Models Submitted to Microgravity Constraints. Frontiers in Physiology. 9, 181(2018).
  7. The Final Frontier-Research Relevant to Mars. Health Physics. 112 (4), 392-397 (2017).">Boice, J. D. Jr The Final Frontier-Research Relevant to Mars. Health Physics. 112 (4), 392-397 (2017).
  8. Limitations in predicting the space radiation health risk for exploration astronauts. NPJ Microgravity. 4, 8(2018).">Chancellor, J. C. Limitations in predicting the space radiation health risk for exploration astronauts. NPJ Microgravity. 4, 8(2018).
  9. Space radiation risks for astronauts on multiple International Space Station missions. PLoS One. 9 (4), e96099(2014).">Cucinotta, F. A. Space radiation risks for astronauts on multiple International Space Station missions. PLoS One. 9 (4), e96099(2014).
  10. Review of NASA approach to space radiation risk assessments for Mars exploration. Health Physics. 108 (2), 131-142 (2015).">Cucinotta, F. A. Review of NASA approach to space radiation risk assessments for Mars exploration. Health Physics. 108 (2), 131-142 (2015).
  11. Towards human exploration of space: The THESEUS review series on immunology research priorities. NPJ Microgravity. 2, 16040(2016).">Frippiat, J. P. Towards human exploration of space: The THESEUS review series on immunology research priorities. NPJ Microgravity. 2, 16040(2016).
  12. Effects of sex and gender on adaptation to space: behavioral health. Journal of Women's Health (Larchmt). 23 (11), 975-986 (2014).">Goel, N. Effects of sex and gender on adaptation to space: behavioral health. Journal of Women's Health (Larchmt). 23 (11), 975-986 (2014).
  13. Comments on "Space: The Final Frontier-Research Relevant to Mars". Health Physics. 114 (3), 344-345 (2018).">Mortazavi, S. M. J., Bevelacqua, J. J., Fornalski, K. W., Welsh, J., Doss, M. Comments on "Space: The Final Frontier-Research Relevant to Mars". Health Physics. 114 (3), 344-345 (2018).
  14. Morphological, physiological and behavioural evaluation of a 'Mice in Space' housing system. Journal of Comparative Physiology B. 179 (4), 519-533 (2009).">Blottner, D. Morphological, physiological and behavioural evaluation of a 'Mice in Space' housing system. Journal of Comparative Physiology B. 179 (4), 519-533 (2009).
  15. Toward biotechnology in space: High-throughput instruments for in situ biological research beyond Earth. Biotechnology Advances. 35 (7), 905-932 (2017).">Karouia, F., Peyvan, K., Pohorille, A. Toward biotechnology in space: High-throughput instruments for in situ biological research beyond Earth. Biotechnology Advances. 35 (7), 905-932 (2017).
  16. Effects of spaceflight on the muscles of the murine shoulder. The FASEB Journal. 31 (12), 5466-5477 (2017).">Shen, H. Effects of spaceflight on the muscles of the murine shoulder. The FASEB Journal. 31 (12), 5466-5477 (2017).
  17. Sclerostin antibody inhibits skeletal deterioration in mice exposed to partial weight-bearing. Life Sciences in Space Research (Amst). 12, 32-38 (2017).">Spatz, J. M. Sclerostin antibody inhibits skeletal deterioration in mice exposed to partial weight-bearing. Life Sciences in Space Research (Amst). 12, 32-38 (2017).
  18. Proteome-wide Adaptations of Mouse Skeletal Muscles during a Full Month in Space. Journal of Proteome Research. 16 (7), 2623-2638 (2017).">Tascher, G. Proteome-wide Adaptations of Mouse Skeletal Muscles during a Full Month in Space. Journal of Proteome Research. 16 (7), 2623-2638 (2017).
  19. Is spaceflight-induced immune dysfunction linked to systemic changes in metabolism? PLoS One. 12 (5), e0174174(2017).">Pecaut, M. J. Is spaceflight-induced immune dysfunction linked to systemic changes in metabolism? PLoS One. 12 (5), e0174174(2017).
  20. Effects of spaceflight on the immunoglobulin repertoire of unimmunized C57BL/6 mice. Life Sciences in Space Research (Amst). 16, 63-75 (2018).">Ward, C. Effects of spaceflight on the immunoglobulin repertoire of unimmunized C57BL/6 mice. Life Sciences in Space Research (Amst). 16, 63-75 (2018).
  21. Validation of Methods to Assess the Immunoglobulin Gene Repertoire in Tissues Obtained from Mice on the International Space Station. Gravitational and Space Research. 5 (1), 2-23 (2017).">Rettig, T. A., Ward, C., Pecaut, M. J., Chapes, S. K. Validation of Methods to Assess the Immunoglobulin Gene Repertoire in Tissues Obtained from Mice on the International Space Station. Gravitational and Space Research. 5 (1), 2-23 (2017).
  22. Effects of spaceflight on murine skeletal muscle gene expression. Journal of Applied Physiology (1985). 106 (2), 582-595 (2009).">Allen, D. L. Effects of spaceflight on murine skeletal muscle gene expression. Journal of Applied Physiology (1985). 106 (2), 582-595 (2009).
  23. Evaluation of rodent spaceflight in the NASA animal enclosure module for an extended operational period (up to 35 days). NPJ Microgravity. 2, 16002(2016).">Moyer, E. L. Evaluation of rodent spaceflight in the NASA animal enclosure module for an extended operational period (up to 35 days). NPJ Microgravity. 2, 16002(2016).
  24. Ground-based assessment of JAXA mouse habitat cage unit by mouse phenotypic studies. Experimental Animals. 65 (2), 175-187 (2016).">Shimbo, M. Ground-based assessment of JAXA mouse habitat cage unit by mouse phenotypic studies. Experimental Animals. 65 (2), 175-187 (2016).
  25. Adaptive Changes in the Vestibular System of Land Snail to a 30-Day Spaceflight and Readaptation on Return to Earth. Frontiers in Cellular Neuroscience. 11, 348(2017).">Aseyev, N. Adaptive Changes in the Vestibular System of Land Snail to a 30-Day Spaceflight and Readaptation on Return to Earth. Frontiers in Cellular Neuroscience. 11, 348(2017).
  26. Stromal and Hematopoietic Progenitors from C57/BI/6N Murine Bone Marrow After 30-Day "BION-M1" Spaceflight. Stem Cells and Development. , (2018).">Markina, E., Andreeva, E., Andrianova, I., Sotnezova, E., Buravkova, L. Stromal and Hematopoietic Progenitors from C57/BI/6N Murine Bone Marrow After 30-Day "BION-M1" Spaceflight. Stem Cells and Development. , (2018).
  27. Exposure to microgravity for 30 days onboard Bion M1 caused muscle atrophy and impaired regeneration in murine femoral Quadriceps. Life Sciences in Space Research (Amst). 16, 18-25 (2018).">Radugina, E. A. Exposure to microgravity for 30 days onboard Bion M1 caused muscle atrophy and impaired regeneration in murine femoral Quadriceps. Life Sciences in Space Research (Amst). 16, 18-25 (2018).
  28. Reinterpretation of mouse thyroid changes under space conditions: the contribution of confinement to damage. Astrobiology. 14 (7), 563-567 (2014).">Albi, E. Reinterpretation of mouse thyroid changes under space conditions: the contribution of confinement to damage. Astrobiology. 14 (7), 563-567 (2014).
  29. The Mice Drawer System (MDS) experiment and the space endurance record-breaking mice. PLoS One. 7 (5), e32243(2012).">Cancedda, R. The Mice Drawer System (MDS) experiment and the space endurance record-breaking mice. PLoS One. 7 (5), e32243(2012).
  30. Skin physiology in microgravity: a 3-month stay aboard ISS induces dermal atrophy and affects cutaneous muscle and hair follicles cycling in mice. NPJ Microgravity. 1, 15002(2015).">Neutelings, T. Skin physiology in microgravity: a 3-month stay aboard ISS induces dermal atrophy and affects cutaneous muscle and hair follicles cycling in mice. NPJ Microgravity. 1, 15002(2015).
  31. Re-adaption on Earth after Spaceflights Affects the Mouse Liver Proteome. International Journal of Molecular Sciences. 18 (8), (2017).">Anselm, V., Novikova, S., Zgoda, V. Re-adaption on Earth after Spaceflights Affects the Mouse Liver Proteome. International Journal of Molecular Sciences. 18 (8), (2017).
  32. Effects of spaceflight on innate immune function and antioxidant gene expression. Journal of Applied Physiology (1985). 106 (6), 1935-1942 (2009).">Baqai, F. P. Effects of spaceflight on innate immune function and antioxidant gene expression. Journal of Applied Physiology (1985). 106 (6), 1935-1942 (2009).
  33. Spaceflight Activates Autophagy Programs and the Proteasome in Mouse Liver. International Journal of Molecular Sciences. 18 (10), (2017).">Blaber, E. A., Pecaut, M. J., Jonscher, K. R. Spaceflight Activates Autophagy Programs and the Proteasome in Mouse Liver. International Journal of Molecular Sciences. 18 (10), (2017).
  34. Spaceflight Activates Lipotoxic Pathways in Mouse Liver. PLoS One. 11 (4), e0152877(2016).">Jonscher, K. R. Spaceflight Activates Lipotoxic Pathways in Mouse Liver. PLoS One. 11 (4), e0152877(2016).
  35. Spaceflight Effects on Cytochrome P450 Content in Mouse Liver. PLoS One. 10 (11), e0142374(2015).">Moskaleva, N. Spaceflight Effects on Cytochrome P450 Content in Mouse Liver. PLoS One. 10 (11), e0142374(2015).
  36. Global transcriptomic analysis suggests carbon dioxide as an environmental stressor in spaceflight: A systems biology GeneLab case study. Scientific Reports. 8 (1), 4191(2018).">Beheshti, A., Cekanaviciute, E., Smith, D. J., Costes, S. V. Global transcriptomic analysis suggests carbon dioxide as an environmental stressor in spaceflight: A systems biology GeneLab case study. Scientific Reports. 8 (1), 4191(2018).
  37. Nutrient Requirements of Laboratory Animals, Fourth Revised Edition, 1995. , The National Academies Press. (1995).">National Resource Council. Nutrient Requirements of Laboratory Animals, Fourth Revised Edition, 1995. , The National Academies Press. (1995).
  38. https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/ (2018).">NASA GeneLab Data System. , https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/ (2018).
  39. https://genelab.nasa.gov/faq/#6 (2018).">GeneLab FAQ. , https://genelab.nasa.gov/faq/#6 (2018).
  40. https://genelab.nasa.gov/faq/#6 (2017).">GeneLab Workspace. , https://genelab.nasa.gov/faq/#6 (2017).
  41. https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/help/GeneLab_Submission_Guide_2.0.pdf (2017).">GeneLab Data Submission Guide. , https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/help/GeneLab_Submission_Guide_2.0.pdf (2017).
  42. https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/projects (2017).">GeneLab repository. , https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/projects (2017).
  43. Integrative genomic analysis by interoperation of bioinformatics tools in GenomeSpace. Nature Methods. 13 (3), 245-247 (2016).">Qu, K. Integrative genomic analysis by interoperation of bioinformatics tools in GenomeSpace. Nature Methods. 13 (3), 245-247 (2016).
  44. https://isa-tools.org/category/isacreator/index.html (2014).">ISACreator. , https://isa-tools.org/category/isacreator/index.html (2014).
  45. Proteasomal Inhibition by Ixazomib Induces CHK1 and MYC-Dependent Cell Death in T-cell and Hodgkin Lymphoma. Cancer Research. 76 (11), 3319-3331 (2016).">Ravi, D. Proteasomal Inhibition by Ixazomib Induces CHK1 and MYC-Dependent Cell Death in T-cell and Hodgkin Lymphoma. Cancer Research. 76 (11), 3319-3331 (2016).
  46. Proton irradiation impacts age-driven modulations of cancer progression influenced by immune system transcriptome modifications from splenic tissue. Journal of Radiation Research. 56 (5), 792-803 (2015).">Wage, J. Proton irradiation impacts age-driven modulations of cancer progression influenced by immune system transcriptome modifications from splenic tissue. Journal of Radiation Research. 56 (5), 792-803 (2015).
  47. Tumor-host signaling interaction reveals a systemic, age-dependent splenic immune influence on tumor development. Oncotarget. 6 (34), 35419-35432 (2015).">Beheshti, A. Tumor-host signaling interaction reveals a systemic, age-dependent splenic immune influence on tumor development. Oncotarget. 6 (34), 35419-35432 (2015).
  48. The Impact of Age and Sex in DLBCL: Systems Biology Analyses Identify Distinct Molecular Changes and Signaling Networks. Cancer Informatics. 14, 141-148 (2015).">Beheshti, A., Neuberg, D., McDonald, J. T., Vanderburg, C. R., Evens, A. M. The Impact of Age and Sex in DLBCL: Systems Biology Analyses Identify Distinct Molecular Changes and Signaling Networks. Cancer Informatics. 14, 141-148 (2015).
  49. Host age is a systemic regulator of gene expression impacting cancer progression. Cancer Research. 75 (6), 1134-1143 (2015).">Beheshti, A. Host age is a systemic regulator of gene expression impacting cancer progression. Cancer Research. 75 (6), 1134-1143 (2015).
  50. Proton irradiation augments the suppression of tumor progression observed with advanced age. Radiation Research. 181 (3), 272-283 (2014).">Beheshti, A., Peluso, M., Lamont, C., Hahnfeldt, P., Hlatky, L. Proton irradiation augments the suppression of tumor progression observed with advanced age. Radiation Research. 181 (3), 272-283 (2014).
  51. A comparison of normalization methods for high density oligonucleotide array data based on variance and bias. Bioinformatics. 19 (2), 185-193 (2003).">Bolstad, B. M., Irizarry, R. A., Astrand, M., Speed, T. P. A comparison of normalization methods for high density oligonucleotide array data based on variance and bias. Bioinformatics. 19 (2), 185-193 (2003).
  52. TM4 microarray software suite. Methods in Enzymology. 411, 134-193 (2006).">Saeed, A. I. TM4 microarray software suite. Methods in Enzymology. 411, 134-193 (2006).
  53. Gene set enrichment analysis: a knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (43), 15545-15550 (2005).">Subramanian, A. Gene set enrichment analysis: a knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (43), 15545-15550 (2005).
  54. Current Protocols in Bioinformatics. , Chapter 7 Unit 7 12 (2008).">Kuehn, H., Liberzon, A., Reich, M., Mesirov, J. P. Using GenePattern for gene expression analysis. Current Protocols in Bioinformatics. , Chapter 7 Unit 7 12 (2008).
  55. GenePattern 2.0. Nature Genetics. 38 (5), 500-501 (2006).">Reich, M. GenePattern 2.0. Nature Genetics. 38 (5), 500-501 (2006).
  56. The Galaxy platform for accessible, reproducible and collaborative biomedical analyses: 2016 update. Nucleic Acids Research. 44 (W1), W3-W10 (2016).">Afgan, E. The Galaxy platform for accessible, reproducible and collaborative biomedical analyses: 2016 update. Nucleic Acids Research. 44 (W1), W3-W10 (2016).
  57. http://galaxyproject.github.io/training-material/topics/introduction/tutorials/galaxy-intro-strands/tutorial.html (2018).">Introduction to Genomics and Galaxy. , http://galaxyproject.github.io/training-material/topics/introduction/tutorials/galaxy-intro-strands/tutorial.html (2018).
  58. http://galaxyproject.github.io/training-material/topics/introduction/tutorials/galaxy-intro-101/tutorial.html (2018).">Galaxy 101. , http://galaxyproject.github.io/training-material/topics/introduction/tutorials/galaxy-intro-101/tutorial.html (2018).
  59. Suppression of phosphorylated MAPK and caspase 3 by carbon dioxide. Molecular and Cellular Biochemistry. 436 (1-2), 23-28 (2017).">Xu, Y. J., Elimban, V., Dhalla, N. S. Suppression of phosphorylated MAPK and caspase 3 by carbon dioxide. Molecular and Cellular Biochemistry. 436 (1-2), 23-28 (2017).
  60. MAPK signaling up-regulates the activity of hypoxia-inducible factors by its effects on p300. Journal of Biological Chemistry. 278 (16), 14013-14019 (2003).">Sang, N. MAPK signaling up-regulates the activity of hypoxia-inducible factors by its effects on p300. Journal of Biological Chemistry. 278 (16), 14013-14019 (2003).
  61. Hypoxia-induced regulation of MAPK phosphatase-1 as identified by subtractive suppression hybridization and cDNA microarray analysis. Journal of Biological Chemistry. 276 (48), 44405-44412 (2001).">Seta, K. A., Kim, R., Kim, H. W., Millhorn, D. E., Beitner-Johnson, D. Hypoxia-induced regulation of MAPK phosphatase-1 as identified by subtractive suppression hybridization and cDNA microarray analysis. Journal of Biological Chemistry. 276 (48), 44405-44412 (2001).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Spaceflight Mouse PhysiologyGeneLab PlatformRodent HabitatsTranscriptomic Data AnalysisPrinciple Component AnalysisGene Set EnrichmentNetwork RepresentationSystems Biology ApproachCarbon Dioxide EffectsPublic Data Access

Related Articles