Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Genetics
Click here for the English version

Genetics

Auswirkungen der Raumfahrt auf Maus Physiologie mit dem offenen Zugang NASA GeneLab-Plattform erkunden

Published: January 13, 2019 doi: 10.3791/58447
Automatic Translation
1, 2, 1, 3, 1, 2, 2
1WYLE Labs, Space Biosciences Division, NASA Ames Research Center, 2Space Biosciences Division, NASA Ames Research Center, 3USRA, NASA Ames Research Center

Summary

Die NASA GeneLab-Plattform bietet ungehinderten Zugang zu wertvollen Omics Daten aus biologischen Raumfahrt Experimenten. Wir beschreiben, wie eine typische Maus-Experiment im Raum durchgeführt wird und wie Daten aus solchen Experimenten zugegriffen und analysiert werden können.

Abstract

Biologische Experimente erfordert im Raum spezielle Einrichtungen und Verfahren zur Gewährleistung, dass diese Untersuchungen effektiv und effizient durchgeführt werden. Darüber hinaus angesichts der Seltenheit dieser Experimente ist es unerlässlich, dass deren Auswirkungen maximiert werden. Die rasante Weiterentwicklung der Omics-Technologien bietet die Möglichkeit, drastisch erhöhen das Volumen der Daten, die aus kostbaren Raumfahrt Exemplare hergestellt. Um dies zu nutzen, hat die NASA die GeneLab-Plattform, um uneingeschränkten Zugriff auf Raumfahrt Omics Daten sorgen und fördern seine weit verbreitete Analyse entwickelt. Nagetiere (Ratten und Mäuse) werden gemeinsame Modellorganismen, die von Wissenschaftlern zur raumbezogenen biologische Auswirkungen zu untersuchen. Das Gehäuse, dass Haus Nagetiere während Spaceflight Nagetier Lebensräume (ehemals Tier Gehäuse Module) heißen, und unterscheiden sich wesentlich von standard Vivarium Käfige in ihren Dimensionen, Luftstrom und Zugang zu Wasser und Nahrung. Darüber hinaus sind aufgrund von Umwelt- und atmosphärischen Bedingungen auf der internationalen Raumstation (ISS), einen höheren CO2 -Konzentration Tiere ausgesetzt. Wir berichteten kürzlich, dass Mäuse in den Nager Lebensräumen erleben Sie große Veränderungen in ihrer Transkriptom unabhängig davon, ob die Tiere auf dem Boden waren oder im Weltraum. Darüber hinaus waren diese Änderungen konsistent mit einer hypoxischen Antwort, potenziell höheren CO2 Konzentrationen angetrieben. Hier beschreiben wir, wie ein typisches Nagetier Experiment im Raum durchgeführt wird, wie Omics Daten aus diesen Experimenten über die GeneLab-Plattform zugegriffen werden kann und wie man Schlüsselfaktoren in diesen Daten zu identifizieren. Mit diesem Prozess kann jeder einzelne kritische Entdeckungen machen, die das Design der zukünftigen Weltraummissionen und Aktivitäten ändern könnte.

Introduction

Das übergeordnete Ziel dieser Handschrift soll eine klare Methodik wie NASA GeneLab Gleis1 und wie Nagetier Experimente im Weltraum verwendet werden übersetzt Omics-Daten für die Analyse. Raumfahrende Menschen sind den zahlreichen gesundheitlichen Risiken aus veränderten Schwerkraftfeldern, Raumstrahlung, losgelöst von der Erde und anderen feindlichen Umgebungsfaktoren2,3,4,5, ausgesetzt. 6. biologische Experimente im Weltraum und am Boden haben dazu beigetragen, zu definieren und zu quantifizieren diese Risiken7,8,9,10,11, 12 , 13 , 14. im Raum, diese Experimente auf der internationalen Raumstation (ISS), das Space Shuttle und anderen orbitalen Plattformen durchgeführt wurden. Diese Experimente erfordert spezielle Hardware und Methodik, die angesichts der einzigartigen sorgen der Durchführung von Experimenten im Weltraum einschließlich begrenzt Mannschaft Zeit und der Schwerelosigkeit. Verschiedenen Plattformen gibt es jetzt für die Durchführung von anspruchsvollen Experimente im Raum mithilfe von Pflanze, Tier und mikrobielle Modelle15.

Nager-Modelle schon besonders wichtig für unser Verständnis von Säugetieren, einschließlich Menschen, wie Raumfahrt zu reagieren. Dazu gehören die Auswirkungen der Raumfahrt auf den Muskel Struktur16,17,18 und Immunfunktionen19,20,21. Die standard Vivarium Käfige verwendet für Gehäuse Nagetiere auf der Erde sind nicht geeignet für Raumfahrt Experimente22,23. Daher unbemannten über die Jahre Mäuse und Ratten wurden geflogen und befindet sich in verschiedenen Käfigen einschließlich der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) Lebensraum Käfig24, Tier tragen Raumkapseln auf der BION-M1 verwendet russischen Satelliten25 ,26,27, entworfen von der italienischen Raumfahrtagentur28,29,30, der NASA Tier Gehäuse Modul (AEM) und nun die NASA Mäuse Schublade System (MDS) Nager Transporter und Lebensräume23. Nagetier Experimente erstmals an Bord des Space Shuttle mit Käfigen als Tier Gehäuse Modul (AEM) bezeichnet. Diese Hardware wurde in 27 Nagetier Experimente auf der Space Shuttle-23verwendet. Die AEM wurde ursprünglich entwickelt für relativ kurze Experimente an Bord das Shuttle (< 20 Tage). Seit der Entwicklung der ISS der Beschäftigtenanteil für längere Dauer Experimente geändert wurden und werden jetzt als Nagetier Lebensräume22,23bezeichnet. Der neue Nager Lebensräume sollen langer Dauer Missionen in der ISS mit der Beschleunigung der Verarbeitung von Experimenten für Raumstation (EXPRESS)-Rack-Schnittstelle unterstützen. Nagetier Lebensräume unterscheiden sich erheblich von standard Vivarium Käfige in ihren Dimensionen, Luftstrom, Filter und Auspuffanlage und Zugang zu Nahrungsmitteln und Trinkwasser (Abbildung 1). Dennoch, diese Hardware erweist sich eine effektive Forschungsplattform, damit wichtige Einblicke in die Raumfahrt-induzierte Änderungen an Säugetieren Physiologie19,31,32,33 ,34,35,36.

Große Datenmengen Omics können jetzt aus biologischen Raumfahrt Experimente durchgeführt mit Nagetieren einschließlich generiert werden. Vor kurzem, Daten aus diesen Omics-Experimenten wurden öffentlich durch die NASA GeneLab Gleis1 ist eine umfassende Daten-Repository und Analyseplattform, die jedermann ermöglicht, Hypothesen von Raumfahrt-Experimente zu entwickeln. GeneLab bietet Werkzeuge für die Entdeckung, Zugang, gemeinsame Nutzung und Analyse von Daten. Wir nutzten GeneLab Datasets zu zeigen, dass Unterschiede zwischen den standard Vivarium Käfige und spezialisierte Nagetier Lebensräume im Weltraum eingesetzt massive Unterschiede in das Transkriptom Mäuse36verursachen. Vier verschiedene öffentlich verfügbare Datensätzen, analysierten wir vergleichen von verschiedenen Geweben von Nagetieren in der Nager Lebensräume oder standard Vivarium Käfigen untergebracht. Verwenden eine unvoreingenommene Systemanalyse Biologie, festgestellt, dass die Haupttreiber und Wege, die geändert wurden entsprachen einem hypoxischen Reaktion aufgrund der hohen CO2 verursacht durch höheren CO2 -Konzentrationen auf ISS, führt zu höheren CO 2 -Konzentrationen in der Nagetier-Lebensraum gegeben, sie sind passive Systeme, die in der Umgebungsluft zu nehmen. Dies zeigt, wie Wissenschaftler mithilfe von open-Source-Tools und Daten generieren neue Erkenntnisse mit Auswirkung auf, wie die Umgebung der ISS Astronaut Gesundheit auswirkt.

Hier beschreiben wir, wie Nagetier experimentiert werden im Raum und wie Daten aus diesen Experimenten durch ein Open-Source, zugegriffen werden kann, Omic Plattform im Zusammenhang mit Weltraumbiologie durchgeführt. Wir diskutieren die Konfiguration der Nager Lebensräume für Weltraum-Missionen und die Verarbeitung Raumfahrt Gewebe verwendet. Wir beschreiben auch, wie die Raumfahrt, die Omics Daten können entdeckt und auf GeneLab und wie wichtige Faktoren, die die gesamte Antwort für Raumfahrt zugegriffen werden können36identifiziert. Das konkrete Beispiel wir stellen auf die Implementierung dieses Protokolls werden die biologischen Unterschiede auftreten bei Nagetieren untergebracht in Nagetier-Lebensraum und die Vivarium-Steuerelemente, die von Beheshti veröffentlicht wurden vergleichen Et Al.36. Es ist wichtig zu beachten, dass Boden Steuerelemente für Raumfahrt Nagetier Experimente unerlässlich sind. Wie in diesem Protokoll beschrieben, erfolgen diese Kontrollen mit beiden identischen Bedingungen (d. h. CO2 Bedingungen, Feuchtigkeit, Temperatur, Käfig Abmessungen, etc.) in die Nagetier-Lebensräume auf der ISS und standard Vivarium Käfige, die den Standard Umwelt (d. h., CO2 Bedingungen, Feuchtigkeit und Temperatur) Bedingungen auf der Erde. Die Nagetiere in Nagetier-Lebensraum Boden Steuerelemente untergebracht ermöglichen den direkten Vergleich zu Nagetiere im Raum. Während Nagetiere im Vivarium Käfige untergebracht für den biologischen Vergleich zwischen den verschiedenen Gehäuse (z. B. Vivarium Käfige vs. Nagetier Hardware) ermöglichen. Das Nagetier-Lebensraum ist anders als Vivarium Käfige konstanten Luftstrom hat (0,1-0,3 m/s), eine sehr lange Lebensdauer und eine sekundäre Auspuff-Filter, die erfasst und absorbiert die tierischen Abfälle von kontinuierlichen Luftstrom in der Schwerelosigkeit, die Auspuff-Filter geleitet. Darüber hinaus haben Nagetier Lebensräume passive Systeme und ambient Ansaugluft; Deshalb haben sie auch höhere CO-2 -Konzentrationen durch erhöhte Werte in der ISS-Kabine (~ 5.000 ppm).

Protocol

Die tierischen Protokolle für Gehäuse und Gewebe Verarbeitung standard Richtlinien für Labor Tierbetreuung und wurden von der NASA genehmigt Flug und institutionelle Tier Pflege und Nutzung Ausschüsse (IACUC).

1. Konfiguration von Nagetier Lebensräume

Hinweis: Die NASA Nagetier Lebensräume (zuvor Beschäftigtenanteil) haben unterschiedliche Eigenschaften aus den Käfigen Vivarium für Operationen im Raum (Abbildung 1) unterzubringen.

  1. Haus 10 Mäuse in jedem Lebensraum Nagetier (bis zu 30 g pro Maus). Haus 5 Mäusen pro Fach, wenn der Lebensraum in zwei Fächern oder 10 Mäuse so konfiguriert ist, wenn es gibt ein einzelne Fach.
    Hinweis: NASA Nagetier Lebensräume haben eine größere zugängliche Fläche pro Nagetier als die standard Vivarium Käfige.
  2. Für Boden Tiere kontrolliert, Haus Mäuse in Nagetier Lebensraum im Inneren der ISS Umwelt Simulator (ISSES) unter identischen Bedingungen wie die Flug-Tiere, einschließlich der CO2 -Konzentration, Temperatur und Relative Luftfeuchtigkeit.
  3. Benutzerdefinierte gemacht NASA Nährstoff aktualisiert Nagetier Foodbars (NuRFB) gemäß National Research Council (NRC) Nährstoffbedarf für Mäuse37Tiere mit ad libitum Zugang gewähren und durch Druck von Wasser aktiviert Lixits.
  4. Gesundheit und Verhalten, das aktiviert wird, in die Nagetier-Lebensräume mit den 12:12 h Lichtzyklus ähnlich Vivarium Käfige in Standardausstattung mit LED-Beleuchtung während des Tages und Infrarot-Beleuchtung während video Gesundheits-Checks, die stattfinden, während die Tiere zu überwachen die dunklen Zyklus.
  5. Legen Sie vier Kameras in den Käfigen Nagetier Lebensraum für die tägliche Überwachung der Gesundheit und Verhalten und sammle Videos Tiere während der Nacht mit Infrarot-Beleuchtung.
  6. Liefern Sie die Nagetiere an der ISS in einem Transporter (Abb. 2 b) an Bord der Dragon-Kapsel oder ähnliche Trägerrakete.
  7. Stellen Sie sicher, dass die Nagetiere beobachtet und geprüft durch den NASA-Flug-Tierarzt vor der Verladung in den Transporter für den Start und durch ausgebildete Crew-Mitglieder bei der Ankunft zur ISS und vor Übergabe an Nagetier Lebensräume.
  8. Für diese Übergangszeit, Haus bis zu 20 Mäuse (10 pro Seite) oder 12 Ratten in den Transporter.
    Hinweis: Ähnlich wie bei der Nagetier-Lebensraum, der Transporter ist eine passive Einheit für Umweltbedingungen. Während dieser kurzen Übergangszeit kann diese Einheit bis zu 20 Mäuse beherbergen.

(2) Nagetier Handling für Raumfahrt-Experimente

  1. Beziehen Sie Nagetiere von standard-Anbieter.
    Hinweis: Nach Lieferung Gruppe Nagetiere im standard Vivarium Käfige und haben die Tiere akklimatisieren, um NASA-NuRFB, Lixits und erhöhte Draht Böden, bis die Tiere in den Transporter geladen sind. Verlassen die Nagern in den Käfigen können die Tiere natürlich anpassen. Die Handhabung von Mäusen innerhalb und außerhalb der Nager Lebensräume und Vivarium Käfige folgt Protokolle für alle Nager Experimente12,27,28. Das Nagetier Habitat-System (Abbildung 1A) wird für beide Raumfahrt-Mission auf den STS und ISS, bzw. für Boden-Steuerelemente, die ISS oder STS Umweltbedingungen simulieren genutzt werden.
  2. Verwenden Sie für einige Missionen standard Vivarium Käfige (Abbildung 1 b) für das Vivarium-Steuerelement. Verwenden Sie 5 oder 10 Mäuse pro standard Vivarium Käfig.
  3. 10 Mäuse Platz für Nager Lebensräume in zwei verschiedenen Kompartimenten mit 5 Mäusen pro Abteil. Entfernen Sie den Käfig Teiler um 10 Mäuse pro Lebensraum in einem einzigen Fach unterzubringen.
  4. Nutzen Sie drei Komponenten der Nagetier-Hardware während Spaceflight Missionen wie unten (Abbildung 2) beschrieben.
    1. Legen Sie Nagetiere in einem Transporter (Abb. 2 b) für die Reisen zwischen der Erde und der ISS oder umgekehrt zu doppelter Dichte (10 Mäuse pro Seite, 20 Mäuse pro Transporter).
    2. Befestigen Sie auf ISS das Tier Access Unit (AAU) (Abbildung 2) an den Transporter. Nager von den Transporter zu den Lebensräumen mit Maus übertragen Boxen (MTB) übertragen (5 Mäusen pro MTB) (Abb. 2D).
      Hinweis: Die AAU wird verwendet, um jegliche tierische Produkte (z.B., Kot, Urin, Fell) von Anfang an die ISS-Kabine enthalten.
    3. Die AAU aus dem Transporter trennen und Anfügen an die Nagetier-Lebensraum. Übertragen Sie dann die Tiere vom MTB dem Nagetier Lebensraum (Abbildung 2A) wo sie sich, für die Dauer der Mission befinden.
      Hinweis: Die CO2 -Konzentration aufgrund der erhöhten Konzentrationen in der ISS-Kabine für alle Nager Lebensräume ist bei 5.000 ppm.
  5. Überwachen Sie die Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Nager Lebensräume, aber es gibt keine aktive thermische Steuerelemente. Sicherstellen Sie, dass das Nagetier Forscherteam mit ISS arbeitet zu pflegen und steuern die Temperatur der Kabine, die die Temperatur im Nagetier Lebensraum bestimmt.
    Hinweis: Die helle und dunkle Zyklus in die Nagetier-Lebensräume erfolgt alle 12 h (z. B., 05:00 – 17:00 Uhr GMT, Leuchten) und die ISS-Besatzung führt regelmäßige und häufige Wechsel aus der Nahrung (wöchentlich oder alle zwei Wochen) und füllt das Wasser (alle ~ 28 Tage).

3. Sterbehilfe von Nagern und Verarbeitung Gewebe

  1. Geben Sie Nagetier für Euthanasie eine Überdosierung von einer Vollnarkose (Ketamin/Xylazin bis zu 150/45 mg/kg Körpergewicht Masse in Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung für ein Gesamtvolumen von 0,3 mL verdünnt) durch intraperitoneale Injektion (IP) gepaart mit einer sekundären Methode der Euthanasie ( zervikale Dislokation oder Thorakotomie).
  2. Für Experimente auf der ISS:
    1. Zurück Nagetiere leben entweder, oder
    2. Auf ISS einschläfern.
      1. Nagetiere Karkassen auf-95 ± 2 ° C in den Tiefkühltruhen an Bord der ISS Einfrieren und Rückkehr zur Erde am verfügbaren Rückkehr Fahrzeug (derzeit SpaceX Dragon-Kapsel).
      2. Sobald die Nager auf die Erde zurückgekehrt sind, allen Organen und Geweben (d. h., Leber, Nieren, Haut, Muskeln, Herz, Milz, Augen, Nebennieren, Lunge und Gehirn) zu sezieren und Lagern bei-80 ° C oder in der RNS, die Lösung zu stabilisieren.
  3. Folgen Sie die gleichen Verfahren und Timings für alle Boden Experimente als Flugexperiment mit 3 – 5 Tage Versatz der ISS-Telemetrie-Daten übereinstimmen.
  4. Isolieren Sie aus dem erhaltenen Gewebe RNA, Protein und DNA-Isolierung mit standard-Protokolle, die im Detail verbunden mit jedem Dataset auf der GeneLab-Plattform (genelab.nasa.gov) beschrieben werden.
    Hinweis: Nagetier Gewebe nicht von der primären Investigators genutzt werden Teil des NASA institutionelle naturwissenschaftliche Sammlung. Diese Proben werden in Ames Research Center (ARC) nicht-menschliche Biobank wo sie katalogisiert und der Wissenschafts-Community zur Anfrage verfügbar gemacht. Verfügbare Gewebe finden Sie auf der Life Sciences Daten Archiv öffentliche Website unter: https://Lsda.jsc.nasa.gov/Biospecimen.

4. Datengenerierung Omics von RNA, DNA und Protein extrahiert

  1. Nutzen Sie aus den extrahierten Makromolekülen (DNA, RNA Protein) Standardprotokolle Omics Daten generieren. Diese werden im Detail in den Metadaten der jeweiligen Studie auf GeneLab beschrieben.

5. GeneLab-Repository und Einreichung von Daten

Hinweis: Weltraumbiologie bezogene Omics Angaben zum GeneLab-Daten-Repository. GeneLab übernimmt und beherbergt Omics raumbezogenen Daten von mehreren Raumfahrt-Agenturen auf der ganzen Welt finanziert.

  1. Omics zu generieren-bezogenen Daten, die auf dem GeneLab-Repository gehostet werden können.
    1. Senden Sie generierten Daten an GeneLab, entweder, wenn die Analyse abgeschlossen oder je nach Ermessen des Prüfers ist.
      Hinweis: Angaben zu anderen öffentlichen Omics-Datenbanken importiert und in das GeneLab-Repository veröffentlicht. GeneLab erzeugten Daten sind kuratiert und ohne einer Sperrfrist veröffentlicht. GeneLab, speziell die Probe Processing Lab, generiert Daten aus verschiedenen Raumfahrt Experimente mit optimierten Extraktion Protokolle und Techniken der Omics Daten aus Raumfahrt-Experimenten zu erhöhen.
  2. Wenn die Daten bereit einzureichen sind, formatieren Sie und übertragen Sie die Metadaten und Daten auf GeneLab mit der folgenden Methode (ergänzende Abbildung1):
    1. Verwenden Sie die ISAcreator definieren eine experimentelle Studie und die Metadaten speichern.
      Hinweis: Das ISAcreator-Tool steht zum Download bereit mit einer geführten Tutorial hier38.
    2. Beziehen sich die Daten hier aufgeführten39 akzeptierte Datentypen und Formate für Roh und verarbeitet Datendateien zu verstehen.
      1. Zur Optimierung von Upload und Speicher komprimieren Sie Datendateien.
    3. GeneLab-Daten-Kuratoren durch die Arbeitsbereich-40übermitteln Sie die Metadaten und die rohen oder verarbeiteten Daten.
    4. Einen Benutzernamen und ein Passwort erstellen und Hochladen der Daten.
  3. Sobald die Daten zum Arbeitsbereich hochgeladen wurden, teilen Sie Daten zur GeneLab Kurator.
    Hinweis: Detaillierte Schritte auf, wie zum Hochladen und Freigeben von Dateien finden Sie im Data Einreichung Guide41.
  4. Jede Einreichung wird von Kurator überprüft und veröffentlicht im GeneLab Repository42.

6. suchen Analyse mit Suchfunktionen auf GeneLab Datensätze

  1. Suchen Sie verschiedene Datensätze auf GeneLab, indem Sie auf den Link (ergänzende Abbildung2)38.
    1. Speziell im Zusammenhang mit einer früheren Veröffentlichung36, nach den folgenden Begriffen suchen: GLDS-21, GLDS-111, GLDS-25 und GLDS-63.
  2. Aufrufen der GeneLab-Homepage auf "GeneLab-Daten-System" auf der linken Seite des Bildschirms.
  3. Geben Sie die Schlüsselwörter im Feld "suchen nach Daten" für bestimmte Bereiche von Interesse zu suchen. In diesem Fall geben Sie jeder der folgenden Dataset Bezeichner separat: GLDS-21, GLDS-111, GLDS-25 und GLDS-63.
  4. Neben der Suche GeneLab-Repository, in anderen Datenbanken einschließlich NIH GEO, EBI stolz und ANL MG-RAST durch die Auswahl der gewünschten Kontrollkästchen unter der Suchleiste suchen.
    Hinweis: Derzeit nur für das GeneLab-Repository kann Benutzer mithilfe der folgende Filterkategorien suchen: Organismen, Assay Typ, Faktoren und Projekttyp.

7. Speicherung und Übertragung von Dateien von Interesse für die Analyse

Hinweis: Die GeneLab-Arbeitsbereich dient zum Speichern und übertragen von Dateien direkt aus der GeneLab-Datenbank (ergänzende Abbildung 3).

  1. Klicken Sie auf "Arbeitsplatz" auf Menü Data Systems.
  2. Wenn neue Benutzer, registrieren Sie sich für ein neues Konto.
    Hinweis: Die GeneLab-Arbeitsbereich ist powered by GenomeSpace43.
  3. Zugang eine ausführliche Anleitung zur Verwendung den Arbeitsbereich auswählen "Hilfe" im oberen Menü und klicken Sie auf User Guide.
  4. Für jeden Benutzer Zugriff auf alle Datensätze im Repository GeneLab durch die Auswahl des "Public/Genelab" Ordners auf der linken Seite.
  5. Kopieren Sie die Datensätze von Interesse zu einem lokalen Verzeichnis Arbeitsbereich, indem Sie auf den Ordner mit den Daten von Interesse. Rechter Mausklick auf die entsprechende Datei, wählen Sie "kopieren/verschieben" im Menü, das angezeigt wird, wählen Sie den Ordner, um die Datei zu kopieren, und klicken dann auf "kopieren".
    1. Die folgenden Datensätze, die im Zusammenhang mit einer früheren Veröffentlichung36 wie oben beschrieben zu finden und kopieren Sie auf dem lokalen Arbeitsbereich: GLDS-21, GLDS-111, GLDS-25 und GLDS-63.

8. Zugriff auf Metadaten und Beschreibung der einzelnen Studien

Hinweis: Metadaten-Dateien für jedes Dataset im Repository GeneLab sind in den "Public/Genelab" Dataset Unterordner im Menü links.

  1. Finden Sie die Metadaten für das Dataset von Interesse durch den Zugriff auf eine oder mehrere Metadaten-Dateien in einen Unterordner "Metadaten" jedes Datensatzes enthalten. Zum Beispiel für GLDS-100, gibt es 2 Dateien im Unterordner "Public/Genelab/GLDS-100/Metadaten": "GLDS-100_metadata_RR1_BIOBANK-Auge-ISA.zip" und "GLDS-100_metadata_RR1ExpDesign.pdf".
    1. Stellen Sie sicher, dass jedes Dataset verfügt über eine einzelne ZIP-Datei, die Metadaten nach der ISATab-Spezifikation bietet (die die MIAME, MIAPE und andere MIBBI Rahmen Normen für minimale Metadaten Anforderungen subsumiert). Am Ende immer diese Art von Dateinamen in "ISA.zip". Zum Beispiel für GLDS-100 ist diese Datei "GLDS-100_metadata_RR1_BIOBANK-Auge-ISA.zip".
  2. Verwenden Sie die ISACreator Tool44 oder einen Texteditor zu visualisieren und Zugriff auf die ISATab-Metadaten, die die Textbeschreibung für die Studie und Assay Metadaten für jedes Dataset enthält.
    Hinweis: In den Metadaten ISATab Proben werden beschrieben und Bioassays zugeordnet, und Bioassays sind beschrieben und Output-Daten-Dateien zugeordnet.
  3. Prüfen Sie, ob der Test Daten Ausgabedateien, die nach Art der Assay innerhalb jedes Dataset in Unterordnern befinden. Z. B. für GLDS-100, RNA-Seq-Ausgabe-Assay-Dateien befinden sich der "Public/Genelab/GLDS-100/Transkriptom /" Ordner.

9. Analyse der GeneLab Daten

Hinweis: Verschiedenen Rohrleitungen können für verschiedene Omics Daten umgesetzt werden. Hier konzentriert sich das konkrete Beispiel auf eine unvoreingenommene Systeme Biologie transkriptomischen Pipeline, die verwendet wird, um den "Schlüsselfaktoren" des untersuchten Systems bestimmen.

  1. Check vorher veröffentlicht Literaturen36,45,46,47,48,49,50 um diese Pipeline zu verstehen.
  2. Sobald eine bestimmte Dataset von Interesse für die Analyse ausgewählt ist, laden Sie die Daten auf einem lokalen Computer mit der folgenden Methode:
    1. Klicken Sie auf das spezifische Dataset.
    2. Klicken Sie auf die Registerkarte "Studie Dateien" auf der linken Seite der Header.
    3. Stellen Sie sicher, dass alle Datendateien und Metadaten in diesem Menü verfügbar sind.
    4. Um die jeweilige Datei herunterzuladen, klicken Sie auf die bestimmte Datei-Namen.
  3. Gehen Sie für die Microarray-Datasets, die von GeneLab gedownloadet werden folgendermaßen Vorverarbeitung vor.
    1. Prozess die unformatierten Daten für jedes Dataset separat mit Hintergrundabzug und Quantil normalisiert, mit RMAExpress51 für die kommerzielle Microarrays.
    2. Erstellen Sie Prinzip Komponente (Analysis, PCA) Grundstücke mit R um zu bestimmen, wie eng die biologische repliziert zusammengefasst.
    3. Importieren Sie Daten in MultiExperiment Viewer52 und berechnen Sie signifikante Gene zuerst mit statistischen false Discovery Rate (FDR) beginnend mit FDR < 0,05. Wenn keine signifikante Gene mit FDR Statistiken erschien, dann verwenden Sie standard-t-Tests beginnen mit einem p-Wert < 0,05 um zu bestimmen, die bedeutende Gene.
    4. Sobald die statistisch signifikante regulierten Gene bestimmt worden sind, implementieren Sie eine Falte-Änderung-Cut-off von ≥ 1,2 oder ≤-1.2 der experimentellen Proben mit den Reglern zu vergleichen.
  4. Verwenden Sie gen Set Anreicherung Analyse (GSEA)53 für Weg und funktionale Vorhersagen.
    1. Verwenden Sie GSEA, entweder durch GenePattern54,55, direkt durch GSEA oder mit R-Programmierumgebung.
    2. Bestimmen die stark regulierten Bahnen mit den folgenden Gen-Sets: C2, C5, und Markenzeichen.
    3. Führende Analyse auf den stark regulierten Gen-Sets und bestimmen Sie Vorderkante Genen verbunden mit jedem experimentellen Vergleich und Gene Set zu.
    4. Finden Sie die führende Gene, die zwischen allen, die das Gen für jede experimentelle Bedingung setzt überlappen.
  5. Verwenden Sie eine andere Plattform um zu bestimmen vorhergesagten Funktionen und Wege, die deutlich geregelt sind. Verwenden Sie in diesem Fall Einfallsreichtum Pathway Analyse (IPA) um zu bestimmen, die bedeutende vorgelagerten Regulatoren, Biofunctions und kanonische Wege.
    1. Laden Sie die Liste der Gene mit Falz-Änderung Werten für die statistisch signifikante Gene in Schritt 9.4.4 bestimmt.
    2. Anweisungen Sie IPA, vorgelagerten Regulatoren, Biofunctions und kanonische Wege für jeden experimentellen Vergleich zu generieren.
    3. Bestimmen Sie, dass das Gen für upstream Regler, Biofunctions und kanonische Wege, die eine Aktivierung Z-Score ≥ haben 2 (angegebenen Aktivierung) oder ≤-2 (Anzeige Hemmung) zugeordnet.
    4. Die überlappende Gene im Zusammenhang mit allen obigen Prognosen zu finden.
  6. Gemeinsame/überlappende Gene zwischen den Schritten 9.4 und 9.5 zu bestimmen.
    Hinweis: Diese Gene gelten als Schlüssel/Fahrer Gene steuern die Mehrheit der vorhergesagten Funktionen und Aktivitäten mit den experimentellen Bedingungen analysiert. Frühere Studien haben gezeigt, dass ausschlagen wird oder Förderung dieser Gene die Versuchsbedingung oder System untersucht nichtfunktionale45,46,49.
    1. Bauen Sie Netzwerke durch IPA (oder jede Netzwerk-Montage-Software), die Verbindung der Gene bestimmen.
    2. Betrachten Sie die meisten angeschlossene gen als zentrale Drehscheibe fahren die Schlüsselgene.
    3. Um die Konnektivität zwischen den Datenreihen ermitteln, gruppieren Sie alle Schlüsselgene in ein Netzwerk und wiederholen-Verbindungstest zum Dreh-und Angelpunkt zu bestimmen, die unter allen wichtigen Genen aus alle Datensätze analysiert stattfindet.

10. verwenden Galaxy56 Schnittstelle auf GeneLab transkriptomischen Datenanalyse

Hinweis: Hier ist ein Protokoll für die Verwendung der GeneLab Galaxy-Schnittstelle (verfügbar Herbst 2018) transkriptomischen aus GeneLab Datenanalyse beschrieben. Galaxy-Tutorials gibt es zuhauf. Beispiel-Tutorials zur Verwendung von Galaxy sind im Allgemeinen zur Verfügung Heil57,58.

  1. Benutzer können GeneLab mit Google oder NASA-Anmeldeinformationen anmelden. GeneLab Galaxy Werkzeuge befinden sich im Menü "Analysieren".
  2. Folgen Sie diesen drei Möglichkeiten, um Daten in die GeneLab Galaxy-Plattform zu bringen.
    1. Laden Sie Daten aus dem lokalen Dateisystem mithilfe der Funktion "Daten laden".
    2. Importieren Sie Daten aus GeneLab GenomeSpace mit der GenomeSpace-Import-Tool im Abschnitt "Daten abrufen".
      Hinweis: Alle GeneLab-Dateien sind im Ordner "öffentlich", organisiert von der Dataset-Zbl-Nummer (siehe oben) zur Verfügung.
    3. Importieren von Daten erscheinen in der "Geschichte" der Analysis-Bereich auf der rechten Seite. Benutzer können mehrere Geschichten, die verwaltet werden mit "Geschichte-Optionen" oder "Ansicht alle Geschichten" Tasten am oberen Rand der Bereich "Geschichte".
  3. Werkzeuge für die Analyse sind aufgelistet und durchsuchbar auf der linken Seite der Benutzeroberfläche.
  4. Überprüfen Sie die Darstellung von Datensätzen, die auf die aktuelle Geschichte importiert wurden.
    Hinweis: Viele Details über die Daten sind zur Kontrolle jedes Dataset zur Verfügung.
  5. Wählen Sie ein Werkzeug auf der linken Seite um ein Formular in der Mittelkonsole, mit Optionen für Analyse und Spezifikation von Dateneingaben zu füllen. Schaffung von Arbeitsplätzen für die Ausführung der Analysis durch das Ausfüllen des Formulars und die Taste "Ausführen".
  6. Überprüfen Sie für Aufträge übermittelt, die in der Geschichte dargestellt und farblich gekennzeichnet um Status der Ausführung (in der Warteschlange, Ausführung, ergänzt mit oder ohne Fehler) anzugeben.
  7. Verknüpfen Sie die Werkzeuge in komplexen Workflows. Verwalten von Workflows durch Werkzeuge befindet sich im Menü "Workflows". Abbildung 3 zeigt einen Beispiel-Workflow für die RNA-Seq Datenverarbeitung erstellt.
  8. Datasets, Workflows und Geschichten zu teilen, mit anderen Benutzern über das Menü "Daten freigegeben".

Representative Results

Ermittlung von Schlüsselfaktoren von Raumfahrt transkriptomischen Daten unterstützen NASA mit Bestimmung der gesundheitlichen Risiken und mögliche Gegenmaßnahmen zu entwickeln zur Bekämpfung der negativen Auswirkungen auf die Gesundheit der Astronauten. In unserem kürzlich erschienenen Publikation, haben wir die oben genannten Schritte verfolgt und verwendet GeneLab Datasets um erfolgreich zeigen einen Roman zu finden, dass CO2 -Konzentrationen auf der ISS Gesundheit36auswirken können. Wir haben die Technik über auch in anderen Studien verwendet, um erfolgreich die Schlüsselfaktoren Antrieb des Systems sein Studium45,46,47,48,49,50 bestimmen . Hier zeigen wir, wie die Ergebnisse von der Nutzung dieses Protokolls erfolgreich eingesetzt werden können, um die Schlüsselfaktoren bestimmen.

In dieser Studie konzentrierten wir uns in erster Linie auf die biologischen Unterschiede, die bei Nagern befindet sich in der Nagetier Gewohnheiten Boden Steuerelemente und das Vivarium Steuerelemente auftreten. Wie oben beschrieben, ist es der Schlüssel zu einem besseren Verständnis dieser beiden Lebensräume, die uns Aufschluss über mögliche Störfaktoren geben werden, die Gesundheit durch die Umwelt auf der ISS auswirken können. Für alle Nager Raumfahrt Experimente sind diese Boden-Steuerelemente auch wichtig, um festzustellen, welche biologischen Faktoren direkt mit Raumfahrt oder aufgrund der Umgebungsbedingungen auf die ISS zugeordnet sind. Wie im Protokoll erwähnt, ist der Umweltbedingungen für den Lebensraum Vivarium nicht der höheren CO-2 -Ebene ausgesetzt, die für das Nagetier Lebensraum vorhanden ist. Der Vivarium Lebensraum hat die normale CO-2 -Ebene, die auf der Erde (derzeit 300 bis 380 ppm) vorhanden ist. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit für beide Lebensräume sind ähnlich.

Wir die folgenden Datensätze aus der GeneLab-Plattform verwendet, um ermitteln die Schlüsselgene zwischen die Nagetiere in Nagetier-Lebensraum Boden Kontrollen und Vivarium-Boden-Steuerelemente, die verantwortlich für die Unterschiede zwischen den beiden Lebensräume sind untergebracht: GLDS-21, GLDS-111, GLDS-25 und GLDS-63. Analyse zur Bestimmung der wesentlichen Gene erfolgte wie oben beschrieben, zwischen dem Nagetier Lebensraum (zuvor AEM) und Vivarium Kontrollen unabhängig für jedes Dataset. PCA Grundstücke zeigte Gruppierung der biologischen repliziert (Abbildung 4 zeigt, dass die PCA für GLDS-21 Grundstücke). Aus den vorverarbeiteten Daten bestimmt wir die führende Gene aus den verschiedenen GSEA Gen-Sets. Mit den Genen mit 1.2-fache-Änderung (Log2), konnten wir mit Prognosen für upstream Regler, kanonische Pfade und Biofunctions beteiligten Gene vorhersagen. Für jedes Dataset fanden wir dann die gemeinsamen/überlappende Gene für alle Gene (Abbildung 5) beteiligt. Diese Gene werden jetzt geglaubt, um die Reaktion zwischen der Nagetiere im Nagetier Lebensräume (oder AEM) fahren und Vivarium Kontrollen. Netzdarstellung von wie diese Schlüsselgene connect zeigt, dass die zentralen Hubs für jedes Dataset Wesen analysiert (Abbildung 6). MAPK1 ist beispielsweise die zentrale Drehscheibe für STS-108 Skelett Muskelgewebe von Mäusen (Abb. 6A). Dies würde als das Gen, das treibt die Schlüsselgene und höchstwahrscheinlich der Hauptakteur für die Entstehung von biologischen Unterschiede für Mäuse untergebracht in Nagetier Lebensräume im Vergleich zu den Käfigen Vivarium interpretiert werden. In unserer bisherigen Arbeit besprechen wir wie diese Schlüsselgene CO2 Antwort aus der vorhandenen wissenschaftlichen Literatur zugeordnet sind und wie diese Gene für biologische Veränderungen in den Mäusen36verantwortlich sein können.

Systeme Biologie Handeln bestimmt wir als nächstes einen "master Regulator", die alle Datensätze/Gewebe verbindet und ist potentiell Verantwortliche für universellen biologischen Wirkungen bei Nagern in Beschäftigtenanteil im Vergleich zum Vivarium Käfigen untergebracht. Dies geschah durch die Bestimmung des Gens aus den Datensätzen, die am meisten verbunden ist beim Bau eines Netzwerks von allen Schlüsselgene. Wir konnten zeigen, dass MAPK1 der vernetzten gen und zum Zentrum von allen Schlüsselgene (Abbildung 7). Um sicherzustellen, dass MAPK1 für biologische Veränderungen bei Mäusen aus den höheren CO2 Ebenen im Beschäftigtenanteil verantwortlich sein könnten, haben wir uns durch die wissenschaftliche Literatur für Belege. Wir fanden mehrere Studien, die Korrelation des MAPK1 mit CO259 und Hypoxie19,60,61.

Figure 1
Abbildung 1 : The Nagetier Habitat (zuvor AEM) im Vergleich zu den Käfigen Vivarium. (A) Bild von der AEM-Käfig zur Verfügung gestellt von der NASA (Credits: NASA/Dominic Hart). (B) der standard Vivarium-Käfig, die derzeit verwendet (Foto von unserem Labor). Diese Zahl verändert wurde, vom Beheshti Et Al.36. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2 : The Nagetier-Lebensraum-Hardware-System mit den drei verschiedenen Modulen, die während des Transports zum und vom Weltraum-Missionen beteiligt. Die linke (A) ist die Nagetier Lebensraum Modul (zuvor AEM), das Modul (B) ist der Transporter und das richtige Modul (C) ist das Tier Access Unit (AAU). (D) Das Maus-Verteilergetriebe (MTB). (Credits: NASA/Dominic Hart). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : Beispiel Analyse-Workflow, die in die GeneLab Galaxy-Schnittstelle zum Prozess RNA-Seq-Daten verwendet werden kann. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur. 

Figure 4
Abbildung 4 : Wichtigste Komponente (Analysis, PCA) repräsentativen Datensatzes nach Vorverarbeitung Schritte. GLDS-21 Dataset für AEM vs. Vivarium Käfig erscheint der murinen Skelettmuskulatur von der Mission STS-118. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5 : Venn-Diagramm darstellt, welche Schlüsselgene bestimmt sind mit verschiedenen Weg Vorhersage-Tools. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur. 

Figure 6
Abbildung 6 : Die Schlüsselgene bestimmt für alle Bedingungen und murinen Geweben zwischen der AEM Vs . Vivarium Käfige. (A-E) Netzwerk-Darstellung der wichtigsten Gene für jedes Dataset/Nagetier-Gewebe. Log2 Falten-Änderungen (mit einem Cutoff von 1.2-fache-Änderung) auf die Genexpression wurden verwendet, um verschiedene Schattierungen von Grün für Fach-Veränderungen in Genen herunterreguliert, beschaffen, während verschiedene Schattierungen von rot Fold-Änderung hochreguliert Gene darstellen. Je dunkler die Schattierung von Grün oder rot, je größer die Falte-Änderung. Diese Zahl verändert wurde, vom Beheshti Et Al.36. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 7
Abbildung 7 : Ermittlung des "master Reglers" für Nager in Nagetier-Lebensraum-Gehäuse im Vergleich zum Vivarium Käfige. Verbindungen zwischen allen einzelnen Schlüsselgene (Abbildung 6) wurden ermittelt und als Netzwerk durch IPA angezeigt. Netzwerk wird als radial Plot mit den vernetzten Schlüssel-Gen, MAPK1, in der Mitte dargestellt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Ergänzende Abbildung 1: GeneLab-GenomeSpace Integration mit ISACreator zur Straffung Datenverarbeitungsvorgänge. Klicken Sie bitte hier, um diese Zahl zu downloaden. 

Ergänzende Abbildung 2: Screenshot des GeneLab sucht mithilfe der Föderation/Integration mit heterogenen Bioinformatik externe Datenbanken (GEO, stolz, MG-RAST). Bitte klicken Sie hier, um diese Zahl zu downloaden

Zusätzliche Abbildung 3: Screenshot des GeneLab collaborative Workspace zeigt dem Benutzer account-Management und Zugriff auf Bedienelemente (z. B., private, gemeinsame, öffentliche Ordner).  Bitte klicken Sie hier, um diese Zahl zu downloaden

Discussion

Die NASA GeneLab-Plattform ist eine umfassende Omics Datenbank und Analyse-Plattform, die die wissenschaftliche Gemeinschaft, neuartige Hypothesen, die im Zusammenhang mit Weltraumbiologie generieren kann. Hier haben wir ein umfassendes Verfahren zur Nagetier Experimente aus den Beginn der Raumfahrt an die Generation der Roman Hypothese aus der Analyse von Daten unter Verwendung einer öffentlich zugänglichen Weltraumbiologie Plattform vorgestellt. Darüber hinaus haben wir auch eine umfangreichere Protokoll eine unvoreingenommene Systeme Biologie Analyse bereitgestellt zur Identifizierung Schlüsselgene Antrieb des Systems untersucht. Wir haben unsere jüngsten Studie36 als ein Beispiel dafür, wie effektiv dieses Protokoll verwendet wird verwendet, um eine neue Hypothese für Weltraumbiologie generieren. Wir hoffen, dass dies Ermittlern besser zu verstehen hilft, wie Raumfahrt Experimente durchgeführt werden und wie die Daten von ihnen in die verfügbaren Daten auf GeneLab führen und letztlich klarer Interpretation der öffentlich zugänglichen Weltraumbiologie Omics Daten ermöglichen.

Es gibt mehrere wichtige Schritte in unserem Protokoll bezüglich Nagetier Raumfahrt Experimente und Analyse der Daten hergestellt. Das Nagetier-Habitat Setup entscheidend für ist das Verständnis entwickeln Sie und konstruieren Sie die optimale Experiment für bemannte Raumfahrt. Dies würde insbesondere das Protokoll und die Beschreibung, die wir in Schritt 1 des unser Protokoll zur Verfügung gestellt haben. Sobald ein Ermittler die unterschiedlichen Bedingungen in die Nagetier-Lebensräume im Vergleich zum Vivarium Käfige vorhanden versteht, können die biologische Ergebnisse interpretiert werden ordnungsgemäß an die Umweltbedingungen im Raum korreliert werden. In Ergänzungen können nicht Änderungen an der Nagetier-Lebensraum erfolgen, da die Nagetier-Lebensraum optimal entwickelt und zugelassen von der NASA für den Einsatz der Raumfahrt.

Um die biologische Ergebnisse interpretieren, haben wir eine gründliche Protokoll auf jedem Schritt beteiligten Hochladen Ihrer Daten zur GeneLab, Analyse der Daten, neuartige Weltraumbiologie Hypothese zu generieren von bereitgestellt. Obwohl alle Schritte wichtig zu verstehen, wie Daten zu generieren, sind die wichtigsten Schritte für die Datenanalyse Schritte 9 und 10. Schritt 9 enthält ein Protokoll zur Analyse von transkriptomischen Daten mithilfe einer unvoreingenommenen Systeme Biologie Methode Gene/Wege zu bestimmen, die wirklich die Versuchsbedingung analysierten unterwegs sind. Schritt 10 ist wichtig, da es Nutzern bietet eine einfache Methode Omics GeneLab Datasets mit dem GeneLab-Plattform zu analysieren. Änderungen des Protokolls zur Verfügung gestellt können für einige Schritte getan werden zur Analyse von Daten. Schritte 9,4 – 9,6 können insbesondere erfolgen mit R-Programmierung oder andere Lieblings-Tools, die der Benutzer bevorzugt. Abhängig von der Datenmenge verschiedene Statistiken und Falten-Änderung Cutoffs lässt sich die stark regulierten Gene bestimmen. Darüber hinaus für die Bestimmung der Schlüsselgene in Schritten 9,5 und 9,6, kann der Benutzer dieses Protokoll zu ändern und verwenden Sie jedes Tool, das die stark regulierten Gene um vorherzusagen, Funktionen nutzt. Das wichtigste Konzept ist, dass mit mehreren prädiktive funktionale Omics Tools zur Bestimmung der Gene mit die meisten Funktionen in das zu untersuchende System reguliert.

Die GeneLab-Plattform weiter zu entwickeln, und zwar die hier beschriebenen Analysen wurden durchgeführt, nachdem Daten herunterladen, die nächste Phase der GeneLab wird zur Analyse der Omics können Daten direkt auf GeneLab Plattform, die einen einfachen Workflow erzeugen zur Verfügung stellt verarbeiteten Daten für die Analyse von höherer Ordnung. Darüber hinaus, während wir auf ein Protokoll für die Interpretation der transkriptomischen Daten konzentriert haben, GeneLab enthält eine Vielzahl von Omics Daten einschließlich der Proteomik, genomische, Metabolomic und epigenomischen Daten. Die eventuelle Plattform enthält Rohrleitungen und Leitlinien für die Analyse dieser verschiedenen Arten von Omics. Die letzte Phase der GeneLab implementieren auch eine Ebene Visualisierung Systemschnittstelle damit die grundlegende Benutzer leicht Weltraumbiologie Hypothesen zu generieren kann.

Zu guter Letzt unserer Systeme Biologie-Analyse bietet eine einzigartige und unvoreingenommene Methode zum Bestimmen der wichtigsten treibenden Gene/Wege in jedem System mit Omics Datasets untersucht. Wir haben diese Methode in mehreren verschiedenen unabhängigen Studien mit großem Erfolg verwendet, bestimmen die Schlüsselfaktoren beteiligten36,45,46,47,48,49 ,50. Bei einem Krebs im Zusammenhang mit Omics Studie, mit dieser Methodik wir experimentell bestätigt, dass unsere vorhergesagten wichtige Gene/Wege durch Ausschlagen Schlüsselgene in Vitro45tatsächlich das Medikament Behandlungserfolg fuhren. Wir beobachteten, wie wir durch dieses Protokoll vorausgesagt hatte, dass die Behandlung nicht mehr wegen des Fehlens der Schlüsselgene wirksam war. Wir glauben, dass dieses unvoreingenommene Systeme Biologie Protokoll kann ein nützliches Instrument zur wichtigsten Wege für jede Omics-Studie zu bestimmen.

Dieses Protokoll bietet eine schnelle und effiziente Methode zur Erzeugung von neuartigen Weltraumbiologie Hypothesen. Von GeneLab generierten Daten können von den Forschern für zukünftige Finanzierungsmöglichkeiten, experimentelle Validierung und mögliche Ziele für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen gegen die Schwerelosigkeit und Raum Strahlung genutzt werden. Das Protokoll hier zur Verfügung gestellten erlauben für zukünftige Weltraumbiologie Untersuchungen mit optimaler Effizienz auftreten, um sichere langfristige Weltraummissionen zu ermöglichen.

Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Wir würden gerne Alison French am NASA Ames Life Science Data Archive Danke für ihre Hilfe bei der Erlangung des Videos rund um das Nagetier-Lebensräume und allgemeine Hilfe bei Erlangung Käfig Informationen. Wir sind auch gerne Marla Smithwick am NASA Ames Research Center für ihre Hilfe bei der Beschaffung der richtigen Informationen danken. Forschungsförderung lieferte das GeneLab-Projekt am NASA Ames Research Center der NASA Weltraumbiologie Programm in der Division Space Leben und Physical Sciences Forschung und Anwendungen (SLPSRA). Jede Verwendung von Markennamen dient lediglich zu beschreibenden Zwecken und impliziert keine Billigung durch die US-Regierung.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
C57BL/6 Mice The Jackson Laboratoy C57BL/6J C57BL/6 mice were used for datasets related to Rodent Research-1 experiments
BALB/C Mice Taconic BALB BALB/C mice were used for datasets related to Rodent Research-3 experiments
Vivarium Cages Charles River Laboratory Standard murine cages purchased from Charles River Laboratory
Rodent Habitat NASA This cage and all components are built internally at NASA
RNAlater ThermoFisher Scientific AM7020 RNAlater is used to store the tissue for further RNA isolation

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. GeneLab. , genelab.nasa.gov (2018).
  2. 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. Beheshti, A. NASA GeneLab Project: Bridging Space Radiation Omics with Ground Studies. Radiation Research. , (2018).
  4. 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. 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. 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. Boice, J. D. Jr The Final Frontier-Research Relevant to Mars. Health Physics. 112 (4), 392-397 (2017).
  8. Chancellor, J. C. Limitations in predicting the space radiation health risk for exploration astronauts. NPJ Microgravity. 4, 8 (2018).
  9. Cucinotta, F. A. Space radiation risks for astronauts on multiple International Space Station missions. PLoS One. 9 (4), e96099 (2014).
  10. Cucinotta, F. A. Review of NASA approach to space radiation risk assessments for Mars exploration. Health Physics. 108 (2), 131-142 (2015).
  11. Frippiat, J. P. Towards human exploration of space: The THESEUS review series on immunology research priorities. NPJ Microgravity. 2, 16040 (2016).
  12. 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. 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. 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. 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. Shen, H. Effects of spaceflight on the muscles of the murine shoulder. The FASEB Journal. 31 (12), 5466-5477 (2017).
  17. 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. 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. Pecaut, M. J. Is spaceflight-induced immune dysfunction linked to systemic changes in metabolism? PLoS One. 12 (5), e0174174 (2017).
  20. 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. 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. Allen, D. L. Effects of spaceflight on murine skeletal muscle gene expression. Journal of Applied Physiology (1985). 106 (2), 582-595 (2009).
  23. 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. Shimbo, M. Ground-based assessment of JAXA mouse habitat cage unit by mouse phenotypic studies. Experimental Animals. 65 (2), 175-187 (2016).
  25. 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. 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. 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. Albi, E. Reinterpretation of mouse thyroid changes under space conditions: the contribution of confinement to damage. Astrobiology. 14 (7), 563-567 (2014).
  29. Cancedda, R. The Mice Drawer System (MDS) experiment and the space endurance record-breaking mice. PLoS One. 7 (5), e32243 (2012).
  30. 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. 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. 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. 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. Jonscher, K. R. Spaceflight Activates Lipotoxic Pathways in Mouse Liver. PLoS One. 11 (4), e0152877 (2016).
  35. Moskaleva, N. Spaceflight Effects on Cytochrome P450 Content in Mouse Liver. PLoS One. 10 (11), e0142374 (2015).
  36. 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. National Resource Council. Nutrient Requirements of Laboratory Animals, Fourth Revised Edition, 1995. , The National Academies Press. (1995).
  38. NASA GeneLab Data System. , https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/ (2018).
  39. GeneLab FAQ. , https://genelab.nasa.gov/faq/#6 (2018).
  40. GeneLab Workspace. , https://genelab.nasa.gov/faq/#6 (2017).
  41. GeneLab Data Submission Guide. , https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/help/GeneLab_Submission_Guide_2.0.pdf (2017).
  42. GeneLab repository. , https://genelab-data.ndc.nasa.gov/genelab/projects (2017).
  43. Qu, K. Integrative genomic analysis by interoperation of bioinformatics tools in GenomeSpace. Nature Methods. 13 (3), 245-247 (2016).
  44. ISACreator. , https://isa-tools.org/category/isacreator/index.html (2014).
  45. 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. 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. Beheshti, A. Tumor-host signaling interaction reveals a systemic, age-dependent splenic immune influence on tumor development. Oncotarget. 6 (34), 35419-35432 (2015).
  48. 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. Beheshti, A. Host age is a systemic regulator of gene expression impacting cancer progression. Cancer Research. 75 (6), 1134-1143 (2015).
  50. 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. 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. Saeed, A. I. TM4 microarray software suite. Methods in Enzymology. 411, 134-193 (2006).
  53. 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. 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. Reich, M. GenePattern 2.0. Nature Genetics. 38 (5), 500-501 (2006).
  56. Afgan, E. The Galaxy platform for accessible, reproducible and collaborative biomedical analyses: 2016 update. Nucleic Acids Research. 44 (W1), W3-W10 (2016).
  57. Introduction to Genomics and Galaxy. , http://galaxyproject.github.io/training-material/topics/introduction/tutorials/galaxy-intro-strands/tutorial.html (2018).
  58. Galaxy 101. , http://galaxyproject.github.io/training-material/topics/introduction/tutorials/galaxy-intro-101/tutorial.html (2018).
  59. 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. 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. 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).

Tags

Genetik Ausgabe 143 GeneLab NASA Tier-Gehege-Module AEM Nagetiere CO2 RNA-Sequenzierung Bioinformatik Transkriptom Nagetier Lebensräume Raumfahrt Schwerelosigkeit
Auswirkungen der Raumfahrt auf Maus Physiologie mit dem offenen Zugang NASA GeneLab-Plattform erkunden
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Beheshti, A., Shirazi-Fard, Y.,… More

Beheshti, A., Shirazi-Fard, Y., Choi, S., Berrios, D., Gebre, S. G., Galazka, J. M., Costes, S. V. Exploring the Effects of Spaceflight on Mouse Physiology using the Open Access NASA GeneLab Platform. J. Vis. Exp. (143), e58447, doi:10.3791/58447 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter