Клетки миокарда рыбок данио быстро регенерируют после повреждения

Более 17 миллионов человек в год по всему мира умирают от инфаркта миокарда и его осложнений. Наиболее частая причина острого нарушения кровоснабжения сердца — закупорка коронарных артерий тромбом, образовавшимся в результате повреждение атеросклеротической бляшки. Сформировавшийся после гибели сердечной мышцы рубец мешает сердечной мышце нормально сокращаться, возникает сердечная недостаточность. К сожалению, восстановить ткань миокарда пока невозможно: кардиомиоциты человека регенерируют плохо. Зато у некоторых животных, таких как рыбки данио, ткань сердечной мышцы хорошо восстанавливается. Механизм этого процесса исследовали ученые из Нидерландов.

Важную роль в работе клеток миокарда, несомненно, играет ток кальция. Известно, что он изменяется по ходу созревания клеток. Исследователи использовали трансгенные линии рыбок данио, экспрессирующие специальные флуоресцентные сенсоры кальция. Толстые срезы сердечной мышцы рыбок культивировали ex vivo. Были обнаружены различия в продолжительности входа и выхода кальция между неповрежденными кардиомиоцитами и кардиомиоцитами пограничной зоны. Но уже через 21 день ток нормализовался. Вполне вероятно, это связано именно с тем, что кардиомиоциты рыбок данио могут достаточно быстро восстанавливаться.

Затем ученые секвенировали РНК и проследили, какие изменения происходят в клетках по ходу их созревания. На ранних стадиях они наблюдали высокую экспрессию генов, отвечающих за деление клеток: гены регуляции клеточного цикла, гликолиза, митохондриальной трансляции. На более поздних стадиях работали гены, участвующие в созревании кардиомиоцитов: регуляторы поступления кальция, окислительного фосфорилирования, трансляции, гены ионных каналов.

Но необходимо было найти именно тот ген, которые отвечают за изменение тока кальция в ходе созревания клеток. Таким геном оказался lrrc10, кодирующий вспомогательный белок кальциевого канала L-типа. Экспрессия данного гена подавлена на ранней стадии регенерации, а к началу поздней стадии повышается. У рыбок данио с выключенным lrrc10 нарушался ток ионов кальция как на ранней, так и на поздней стадиях регенерации. Получается, дифференцировка кардиомиоцитов без этого гена не происходит. Это подтверждает также тот факт, что данные клетки экспрессировали высокие уровни эмбриональных маркеров MYH и pS6.

Кроме того, известно, что у людей и мышей с гомозиготными мутациями lrrc10 развивается дилатационная кардиомиопатия. Исследователи получили кардиомиоциты человека из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Индукция экспрессии гена lrrc10 в этих клетках приводила к их быстрому созреванию. Саркомеры клеток стали более организованными, увеличилась их длина. Повысилось содержание белка LTCC, изменилась продолжительность тока кальция. Данные клетки имели значительно больше T-трубочек.

Ген lrrc10 также отвечает за сборку так называемых сердечных диад. Они представляют собой участки сближения Т-трубочек и саркоплазматического ретикулума и участвуют в передаче сигнала возбуждение-сокращение на кардиомиоцитах. Белок LLRC10 связан с компонентами диад: альфа-актином, RyR2, JPH2 и LTCC. При повреждении клеток диады разрушаются. Методом локальной фиксации потенциала ученые определили, что у рыбок с мутацией гена плотность ионных каналов снижена. Помимо этого, наблюдалась выраженная дезорганизация сердечных диад. Клетки рыбок без мутации с течением времени регенерировали, а компоненты диад восстанавливались. У рыбок с мутацией комплексы оставались дезорганизованными.

В сердечной ткани мышей и человека с поврежденным миокардам тоже наблюдались признаки разрушения сердечных диад, которые так и не восстанавливались, а экспрессия lrrc10 была низкой. С помощью трансмиссионной электронной микроскопии исследователи заметили, что при неработающем гене белки в области z-диска локализованы не так тесно, как в норме. В клетках с усиленной функцией гена, расположенных в зоне повреждения, организация саркомеров была нормальной. Судя по всему, ген lrrc10 участвует в восстановлении сердечных диад после повреждения кардиомиоцитов.

Оказалось, lrrc10 ингибирует пролиферацию кардиомиоцитов, предотвращая таким образом развитие кардиомегалии. Так, деление клеток замедляется и начинается их созревание. У рыбок с мутацией гена скорость пролиферации клеток была высокой. А вот у рыбок с усиленной функцией гена, наоборот, низкой. Такой же эффект наблюдали и в клетках млекопитающих. Чтобы проверить, вызывает ли выключение гена кардиомегалию, исследователи вводили рыбкам алькальциферол, который ингибировал lrrc10. В результате объем желудочков значительно увеличился.

Таким образом, ген lrrc10 отвечает за созревание кардиомиоцитов у рыбок данио, нормализуя в них ток кальция. Причем механизм этот имеется также у мышей и людей. Возможно ли вырастить клетки с усиленной функцией данного гена и пересадить их в поврежденную ткань сердца человека после инфаркта миокарда? Пока что точного ответа на этот вопрос дать нельзя. Ученые отмечают, что такие клетки все же являются не совсем зрелыми. При трансплантации их в ткань сердца они могут вызывать нарушения ритма.  

В клетках сердца быстро накапливаются соматические мутации