Восстановление разбитых сердец с помощью перепрограммирования

Создание новых здоровых клеток сердечной мышцы внутри собственного больного сердца пациента. Именно так ученые надеются в один прекрасный день обратить вспять болезнь сердца. Сегодня новое исследование под руководством учёных из Университета Северной Каролины  раскрывает ключевые детали в перепрограммировании клеток, которые должны быть полезны при разработке этого амбициозного подхода.

В этом исследовании, опубликованном в Cell Reports, две лаборатории Университета Северной Каролины (UNC) и группа учёных в Принстонском университете перепрограммировали обычные клетки, называемые фибробластами, в новые и здоровые клетки сердечной мышцы.

«Из этих исследований мы сможем определить пути повышения эффективности перепрограммирования фибробластов», – рассказал старший автор Франк Конлон, профессор генетики в Школе медицины UNC и профессор биологии в Колледже искусств и наук UNC.

Сердечная болезнь ежегодно убивает более 600 000 человек в Соединенных Штатах и ​​остается основной причиной смерти как для мужчин, так и для женщин во всём мире. Она обычно возникает из-за сужения или закупорки коронарных артерий и включает в себя прогрессирующую замену клеток сердечной мышцы (кардиомиоцитов) рубцовой тканью, что приводит к потере сердечной функции и, в конечном счете, к сердечной недостаточности.

Этот прогрессирующий процесс происходит отчасти потому, что кардиомиоциты обладают очень ограниченной способностью делиться и заменять поврежденную сердечную мышцу. Таким образом, ученые экспериментируют с методами трансформации фибробластов – коллагенообразующих клеток, находящихся в сердце, – в новые кардиомиоциты. Было показано, что с помощью этого процесса можно улучшить функцию повреждённого сердца лабораторной мыши. Но пока что этот метод не эффективен настолько, насколько это необходимо для клинического использования.

«Применение этой технологии было ограничено нашим недостатком понимания молекулярных механизмов, управляющих этим процессом перепрограммирования», – сказал Конлон, который также является членом Института болезни Макаллистера UNC.

Для этого исследования лаборатория Конлона – в сотрудничестве с лабораторией Института сердца Мак-Атлистера и Принстонским Университетом использовала передовые методы для сопоставления изменений уровней белка в фибробластах, поскольку они подверглись перепрограммированию в кардиомиоциты.

Сначала они делали перепрограммирование с использованием метода, разработанного в 2012 году. Они подвергли фибробласты действию искусственного ретровируса, который попадает в клетки и начинает продуцировать три ключевых белка «транскрипционного фактора», которые эффективно перепрограммируют экспрессию генов в клетках, заставляя клетки превратиться в кардиомиоциты в течение нескольких дней.

Учёные исследовали уровни тысяч различных белков в клетках во время трехдневной трансформации от фибробластов к кардиомиоцитам. При этом, сказал Конлон, «Мы показали тщательно организованную серию молекулярных событий».

Данные показывают, что процесс перепрограммирования начался примерно через 48 часов после того, как вирусы вошли в фибробласты и значительно повлияли на обилие 23 классов белка.

Одним из самых ярких изменений был резкий рост уровня белка под названием Аргин, который, как было обнаружено, способствует восстановительным процессам в поврежденных сердцах. Агрин, как выяснилось, также способен влиять на размеры сердца, и при повышении своей концентрации, увеличивает его.

Будущие исследования будут определять, какие из возникших изменений клеток действительно приводят к перепрограммированию, и что более важно, какие изменения могут быть улучшены для повышения эффективности перепрограммирования.