심장 수술 후 변경된 유전자 발현은 심근 세포 재생을 연장합니다

심장 수술 후 변경된 유전자 발현은 심근 세포 재생을 연장합니다
날짜:
2022년 6월 24일
원천:
버밍엄 앨라배마 대학교
요약:
하등 척추동물은 심장마비 후 성인의 심장을 고칠 수 있지만 인간을 포함한 포유동물은 그렇게 할 수 없습니다. 포유류 심장에서 죽은 근육 조직을 재생하는 능력은 심근세포라고 하는 심장 근육 세포가 세포 주기를 빠져나가기 때문에 출생 후 며칠 만에 사라집니다. 2020년, 연구자들은 태어난 지 하루 만에 돼지 심장의 좌심실 정점을 제거하는 수술이 심장 근육 세포의 복제 능력을 어떻게든 확장시켰다고 보고했습니다. 이 확장된 재생 창에서 근본적인 유전자 발현 변화를 더 잘 이해하기 위해 연구자들은 이제 이 돼지 모델을 사용하여 심장 근육 세포의 핵 RNA 시퀀싱을 보고합니다. 이러한 지식과 앞으로 더 많은 연구를 통해 임상의는 심장마비 후 성인 심장 심근세포를 재생하는 방법을 잠재적으로 배울 수 있습니다.

하등 척추동물은 심장마비 후 성인의 심장을 고칠 수 있지만 인간을 포함한 포유동물은 그렇게 할 수 없습니다. 포유류 심장에서 죽은 근육 조직을 재생하는 능력은 심근세포라고 하는 심장 근육 세포가 세포 주기를 빠져나가기 때문에 출생 후 며칠 만에 사라집니다.

그 후 심장의 모든 성장은 새로운 근육 세포의 생성이 아니라 기존 세포의 확대에서 비롯됩니다. 성인 심장마비에서 상실된 심근세포가 새로운 근육 세포 대신 섬유성 흉터 조직으로 대체될 때 심부전이 발생합니다. 이것은 심장 확대, 펌프 기능 상실 및 결국 사망의 악순환을 시작합니다.

2020년 버밍엄의 앨라배마 대학교 연구원들은 태어난 지 하루 만에 돼지 심장의 좌심실 정점을 제거하는 수술이 심장 근육 세포의 복제 능력을 어떻게든 확장시켰다고 보고했습니다. 실제로 이러한 수술 후 돼지는 흉터나 심장 기능 저하 없이 출생 4주 후 심장마비에서 완전히 회복할 수 있습니다.

이 확장된 재생 창에서 기본 유전자 발현 변화를 더 잘 이해하기 위해 UAB 연구원은 이제 이 돼지 모델을 사용하여 심장 근육 세포의 핵 RNA 시퀀싱을 보고합니다. 이러한 지식과 앞으로 더 많은 연구를 통해 임상의는 심장마비 후 성인 심장 심근세포를 재생하는 방법을 잠재적으로 배울 수 있습니다.

UAB 의생명공학부 의장인 Jianyi "Jay" Zhang, MD, Ph.D.가 이끄는 이 연구는 순환 연구 서신으로 출판되었습니다.

연구자들은 5개의 돼지 그룹의 심장 조직에서 핵을 비교했습니다. 두 그룹은 출생 후 1일째 또는 P1에 좌심실 정점 절제술(AR)이 있는 재생 모델이었습니다. 이 두 그룹 중 하나는 출생 4주 후(P28) 좌전하행 관상동맥을 결찰하여 심근경색(MI)을 유발했습니다. 이 그룹을 AR P1 MI P28 이라고 합니다. AR P1 이라고 하는 다른 그룹 은 결찰이 없었습니다.

2개의 비재생 대조군에는 P1 정점 절제술이 없었지만 그 중 하나는 P28에서 유도된 심장마비가 있었습니다. 이 두 그룹을 Control 및 MI P28 이라고 합니다 .

AR P1 MI P28 동물 의 경우 P30에서 P56까지 단일 핵 RNA 시퀀싱을 위해 심장을 제거하고 P1, P28 또는 P56에서 시퀀싱을 위해 다른 모든 그룹의 심장을 이식했습니다.

다섯 번째 그룹은 배아 80일째의 태아 심장(FH)이었습니다.

총 218,945개의 고품질 핵이 포착되었으며 네트워크 생물학 클러스터링 분석은 8가지 주요 심장 세포 유형을 모두 식별했습니다. 완전한 유전자 핵 데이터는 94,844개의 심근세포에 대해 이용 가능했습니다. 심근세포는 심근세포 1에서 심근세포 6으로 명명된 6개의 클러스터에 분포되었습니다.

3개의 클러스터는 거의 전적으로 단일 실험 그룹의 심근세포로 구성되었습니다: 대조군-P56의 심근세포 2, 대조군-P1의 심근세포 3 및 FH의 심근세포 6.

심근세포 4 및 5 클러스터는 주로 AR P1 MI P28-P35 심근세포를 함유했습니다. 심근세포 1 클러스터에는 다른 모든 동물 그룹 및 시점의 심근세포와 소수의 AR P1 MI P28-P35 심근세포가 포함되지만 태아 또는 대조군-P56 심근세포는 거의 없습니다.

주로 AR P1 MI P28-P35 심근세포를 포함하는 심근세포 4 및 5 클러스터는 증가된 세포 주기 활성 및 증식을 나타내었으며, 이는 실험적 심장마비 후 좌심실을 흉터 없이 재근육화하는 데 도움이 되는 변화를 나타냈습니다. 연구자들은 또한 고도로 증식하는 AR P1 MI P28-P30 및 AR P1 MI P28-P35 심근세포와 양의 상관관계가 있는 506개의 유전자를 발견했습니다. 이 유전자는 심장 발달, 세포 증식 및 심근 세포 증식을 조절하는 경로에 참여했습니다.

Zhang은 "향후 연구에서 AR P1 MI P28 손상 으로부터 이 두 가지 별개의 세포 집단을 조사하는 것은 흥미로울 것 "이라고 말했습니다. "이번 발견은 대형 포유류에서 좌심실이 생후 7일째(P7) 이후에 심근경색을 재근육화할 수 있다는 것을 처음으로 보여주기 때문에 매우 영향력이 있습니다. 이러한 관찰은 분자 메커니즘 및 신호전달에 대한 향후 조사를 위한 토대를 제공합니다. 새로 태어난 대형 포유동물에서 심근세포 주기 활성의 손상 유발 보존을 조절하고 궁극적으로 심장마비로 고통받는 환자의 심장 근육을 재근육화하여 심부전을 예방하는 분자입니다."