Недостаток PITX2 снижает выработку энергии в кардиомиоцитах и приводит к фибрилляции предсердий

Фибрилляция предсердий — распространенное нарушение работы сердца, при котором предсердия сокращаются очень быстро и неритмично. Из-за этого кровь накапливается в предсердиях и не попадает в желудочки, кровоснабжение организма нарушается, что может приводить к серьезным отклонениям в работе внутренних органов и даже к смерти. Исследования выявили более 100 различных генетических вариантов, связанных с фибрилляцией предсердий. Наиболее выраженные сигналы обнаруживались в участке хромосомы 4q25, рядом с геном PITX2. Экспрессия мРНК PITX2 ограничена кардиомиоцитами левого предсердия. Было показано, что мРНК этого гена регулирует транскрипцию во взрослом сердце: частичная делеция модулирует электрическую функцию предсердий, а полная изменяет структуру предсердий и имеющихся в них ионных каналов. Международная группа ученых проанализировала влияние PITX2-зависимых клеточных процессов на развитие фибрилляции предсердий. Исследователи показали, что PITX2 изменяет структуру и метаболизм митохондрий, что приводит к метаболическому сдвигу от дыхания в сторону гликолиза.

Для изучения роли PITX2 ученые получили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека (hiPSC) с делецией PITX2 (PITX2^-/-) или дикого типа, которые затем дифференцировали в кардиомиоциты предсердий. При дефиците PITX2 в модельных кардиомиоцитах нарушалась структура саркомеров — они укорачивались по сравнению с контролем. Также при недостатке PITX2 наблюдалось большее соотношение мононуклеарных кардиомиоцитов по сравнению с многоядерными; ядра при этом были крупнее, а их форма была изменена. Кроме того, такие кардиомиоциты пролиферировали активнее, чем клетки дикого типа. Митохондрии в кардиомиоцитах PITX2^-/- оказались мельче и менее структурированы: у некоторых была нарушена целостность внешней мембраны. При этом митохондрии в клетках дикого типа имели удлиненную форму и содержали видимые кристы.

Протеомный анализ выявил повышенную экспрессию белков, связанных со структурной организацией, биогенезом и метаболизмом митохондрий, митофагией, а также синтезом коллагена. Анализ дифференциальной экспрессии генов по данным секвенирования РНК выявил, что при дефиците PITX2 активнее экспрессировались гены FOXO1, PPARGC1a и PYGM, чем в контрольных клетках дикого типа — это указывает на усиление гликолиза. Функциональный анализ митохондриального дыхания выявил ослабление активности этого процесса в клетках с дефицитом PITX2. В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что дефицит PITX2 вызывает метаболический сдвиг в сторону гликолиза в кардиомиоцитах предсердий, полученных из hiPSC. Кардиомиоциты PITX2^-/- увеличивают количество митохондрий, вероятно, для компенсации менее эффективной выработки энергии.

Затем в эксперименте на мышах авторы работы продемонстрировали, что при подавлении работы ритмоводителя кардиомиоциты предсердий с делецией Pitx2 сокращались с увеличенной частотой. Кроме того, такие кардиомиоциты демонстрировали более продолжительный потенциал действия (ПД) по сравнению с клетками дикого типа как при стимуляции, так и при спонтанной активности. Амплитуда ПД и максимальная скорость нарастания напряжения (dV/dt_max) при этом в нокаутных клетках снижались.

Наконец, ученые проанализировали данные секвенирования РНК предсердных кардиомиоцитов, полученных от пациентов с фибрилляцией предсердий (образцы собирали в ходе операции на сердце). Они обнаружили 1150 генов, экспрессия которых возрастала при данной патологии. Эти гены были функционально связаны с организацией митохондрий, ионной проводимостью и сокращением мышечных клеток. Более детальный анализ выявил также снижение уровня экспрессии PITX2 в этом участке сердца.

Таким образом, исследование показало, что дефицит PITX2 изменяет транскриптомный и протеомный профиль предсердных кардиомиоцитов, что приводит к снижению митохондриального дыхания и сдвигает метаболизм в сторону гликолиза. Данные результаты, полученные на индуцированных плюрипотентных стволовых клетках человека, могут быть воспроизведены и на донорских клетках. Исходя из этого, авторы предполагают, что для профилактики и лечения патологий предсердий, связанных со снижением уровня PITX2 (в том числе фибрилляции предсердий), можно применять метаболические вмешательства.

Небольшой дефект в белке титине приводит к развитию фибрилляции предсердий у взрослого организма