Исследовательская группа MDC под руководством Яна Филиппа Юнкера и Даниэлы Панаковой обнаружила, что рыбка данио может восстанавливать ткани сердца после травмы. Клетки соединительной ткани играют важную роль в этом процессе, временно переходя в активированное состояние, сообщает команда в журнале Nature Genetics.
Когда у человека случается сердечный приступ и ему не оказывается достаточно быстрая медицинская помощь, клетки сердечной мышцы (кардиомиоциты) повреждаются из-за недостатка кислорода и начинают отмирать. Затем образуется рубцовая ткань, и поскольку мы не можем производить новые кардиомиоциты, сердце больше не может перекачивать кровь так, как должно. У низших позвоночных, таких как рыба данио, все обстоит совсем иначе: они могут регенерировать органы, включая сердце.
“Мы хотели выяснить, как эта маленькая рыбка это делает, и можем ли мы извлечь из этого урок”, — делится профессор Ян Филипп Юнкер, руководитель лаборатории количественной биологии развития Берлинского института биологии медицинских систем (BIMSB).
Специалисты смоделировали повреждение миокарда при инфаркте в сердцах рыбок данио. Используя анализ отдельных клеток и деревья происхождения клеток, они проследили за регенерацией кардиомиоцитов.
Ученые начали с того, что под микроскопом поднесли холодную иглу к сердцу одномиллиметровой рыбки данио на несколько секунд. Игла убивает любую ткань, к которой прикасается. Как и у людей, перенесших сердечный приступ, это вызывает воспалительную реакцию, за которой следует образование рубцов из клеток соединительной ткани, известных как фибробласты.
“Удивительно, но немедленная реакция на травму очень похожа. Но в то время как у людей процесс останавливается на этой стадии, у рыб он продолжается. Они формируют новые кардиомиоциты, которые способны сокращаться”, — рассказывает Юнкер.
Команда Юнкера использовала одноклеточную геномику для поиска клеток в поврежденном сердце, которых нет в здоровом сердце рыбки данио. Они обнаружили три новых типа фибробластов, которые временно переходят в активированное состояние. Хотя внешне они идентичны другим фибробластам, эти активированные клетки способны воспринимать ряд дополнительных генов, которые отвечают за формирование белков, таких как факторы соединительной ткани, например, коллаген 12.
У людей образование рубцов (или фиброз) рассматривается как препятствие для регенерации сердца. Однако фибробласты играют важную роль в этом процессе, когда они переходят во временно активированное состояние. Насколько они важны, стало ясно, когда Панакова с помощью генетического трюка отключила фибробласты, экспрессирующие коллаген 12, у рыбок данио. Результат: никакой регенерации.
Чтобы определить источник этих активированных фибробластов, команда Юнкера создала деревья клеточных линий с помощью метода LINNAEUS, который его лаборатория разработала в 2018 году. LINNAEUS работает с генетическими шрамами, которые вместе действуют как штрих-код для определения происхождения каждой клетки. Исследователи определили два источника временно активированных фибробластов: внешний слой сердца (эпикард) и внутренний слой (эндокард). Клетки, вырабатывающие коллаген 12, были обнаружены исключительно в эпикарде.
