Используя технологию, которая обеспечивает «вид с высоким разрешением» состояния отдельных клеток, группа исследователей получила новое понимание эмбрионального развития сердца мыши. Они обнаружили, что во время развития, когда клетки сердца-предшественники прогрессивно дифференцируются в различные типы клеток, путь Hippo важен для координации развития этих типов клеток в работающее сердце. Исследование опубликовано в журнале Developmental Cell.
"Путь Hippo известен своей ролью ингибитора регенерации сердца у взрослых," сказал автор-корреспондент д-р. Джеймс Мартин, профессор молекулярной физиологии и биофизики и Вивиан Л. Кафедра Смита регенеративной медицины Медицинского колледжа Бейлора. "Если вы пойдете по тропе Бегемота, сердце сможет регенерировать."
В этом исследовании Мартин и его коллеги спросили, участвует ли путь бегемота в эмбриональном развитии сердца. В частности, они исследовали роль, которую этот путь играет в регуляции развития группы сердечных клеток-предшественников, называемых эпикардиальными клетками. Во время развития и повреждения сердца эти клетки становятся важными опорами кардиомиоцитов, бьющихся мышечных клеток сердца.
Исследователи генетически сконструировали мышей, лишенных двух основных компонентов пути бегемота, а затем определили, как развивались сердца по сравнению с сердцами нормальных мышей. Мартин и его коллеги изучили структуру кровеносных сосудов сердца, а также проанализировали около 18 200 клеток, взятых из сердечной ткани в период развития.
Путь бегемота важен для нормального развития сердца
Сердца мышей с дефектным путем бегемота были меньше нормальных сердец. Неожиданно развитие кровеносных сосудов также было нарушено; покрытие кровеносных сосудов уменьшилось и стало менее плотным. Эти и другие результаты свидетельствуют о том, что путь гиппопотама необходим для нормального развития сердца и кровеносных сосудов.
"Кроме того, мы проанализировали тысячи клеток развивающейся сердечной ткани с помощью технологии, называемой транскриптомикой одиночных клеток," сказал Мартин, который также является директором лаборатории обновления кардиомиоцитов в Техасском институте сердца. "Эта технология позволила нам определять состояние тысяч ячеек индивидуально. Например, мы узнали, какие гены были включены и какие молекулы экспрессировали клетки. Этот высокий уровень детализации проливает свет на клеточные и молекулярные процессы, ведущие к взрослому сердцу, и на то, как они скоординированы."
Исследователи узнали о ряде генов и путей, которые, как они не думали, будут связаны с путём Hippo во время эмбрионального развития сердца, например, путь ретиноевой кислоты или витамина А. Они также обнаружили, что при дефекте пути бегемота во время эмбрионального развития сердца сердечные фибробласты не продвигаются по своей нормальной программе развития.
"Мы обнаружили клетки, находящиеся в промежуточном состоянии и продуцирующие факторы, важные для регулирования роста и пролиферации эндотелиальных клеток сосудов," Мартин сказал. "Все это было неожиданно."
Эти новые идеи предполагают, что во время развития сердца, когда клетки проходят через переходные состояния, путь гиппопотама регулирует выработку факторов, которые регулируют нормальный рост эндотелиальных клеток сосудов. Важно отметить, что путь гиппопотама играет важную роль в этом процессе, как «руководитель оркестра», координирующий развитие нескольких типов клеток в сердце.
"Мы знаем, что путь бегемота участвует в регенерации сердца взрослого человека, но также контролирует размер развивающегося сердца," Мартин сказал. "По мере роста сердца все больше сосудистых клеток должно перемещаться в сердце, чтобы обеспечить кровеносные сосуды для поддержания его роста, а затем для поддержки функции сердца взрослого человека. Мы думаем, что путь Hippo может определять размер растущего сердца и, регулируя ряд секретируемых факторов, определять, сколько сердечных фибробластов и эндотелиальных клеток развивается в сердце."
Мартин и его коллеги применяют эти открытия, чтобы лучше понять процесс регенерации сердца взрослого человека.
"Если мы сможем найти способы улучшить способность кровеносных сосудов к регенерации в сердце взрослого человека, мы откроем новые возможности для улучшения лечения сердечных заболеваний в будущем," Мартин сказал.