Почему человеческое сердце потеряло способность к регенерации?

Исследователи стволовых клеток из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles) установили, почему взрослые клетки сердечной мышцы - кардиомиоциты – потеряли способность к пролиферации, и, возможно, объяснили, почему у человеческого сердца так ограничена способность к регенерации.

Доктор Робб Мак-Леллан (Robb MacLellan).

(Фото: newsroom.ucla.edu)

Исследование, проведенное на клеточных линиях и мышах, может привести к разработке методов перепрограммирования кардиомиоцитов непосредственно в сердце пациентов, что позволит создать новую мышцу и восстановить повреждение, считает доктор Робб Мак-Леллан (Robb MacLellan) из Центра регенеративной медицины и изучения стволовых клеток Эли и Эдит Бродов (Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research) при UCLA.

В отличие от тритонов и саламандр организм взрослого человека не может спонтанно восстанавливать поврежденные органы, такие как сердце. Однако недавние исследования показывают, что млекопитающие обладают способностью к регенерации сердца в течение очень короткого периода времени – в пределах первой недели жизни. Затем эта способность утрачивается. Но если она когда-то была, то, возможно, ее удастся восстановить?

Опубликованное в рецензируемом журнале The Journal of Cell Biology, исследование доктора Мак-Леллана показывает, что можно вернуть стрелку клеточных часов к тому времени, когда кардиомиоциты обладали способностью пролиферировать и восстанавливать сердечную мышцу.

«Саламандры и другие низшие организмы обладают способностью дедифференцировать свои кардиомиоциты, или возвращать их в более раннее, более примитивное состояние, что позволяет этим клеткам вернуться к клеточному циклу, создавая новую сердечную мышцу», - говорит доктор Мак-Леллан, адъюнкт-профессор кардиологии и физиологии. «У млекопитающих этот потенциал потерян. Если бы мы знали, как его восстановить, или знали причину того, почему взрослые кардиомиоциты не пролиферируют, мы могли бы попытаться найти способ регенерировать сердце, используя методы самой Природы».

Кардиомиоциты происходят от стволовых прогениторных клеток, или клеток-предшественников, образующих сердце в результате пролиферации. Как только сердце сформировано, миоциты из незрелых трансформируются в зрелые клетки, уже неспособные к размножению. У тритонов и саламандр все обстоит иначе: их кардиомиоциты могут вернуться в незрелое, или примитивное, состояние и, вновь приобретя способность к пролиферации, восстановить повреждение, а затем снова превратиться в зрелые клетки.

По мнению доктора Мак-Леллана, причина того, что человеческие кардиомиоциты не способны делать то же самое, довольно проста: находясь в более примитивном состоянии, кардиомиоциты теряют способность нормально сокращаться, что жизненно важно для адекватной работы сердца. Так как человек значительно больше тритонов и саламандр, для поддержания оптимального давления крови и нормального кровообращения наше сердце должно было обладать значительно большей эффективностью.

«В процессе нашей эволюции, чтобы поддерживать оптимальное артериальное давление и кровообращение, мы вынуждены были отказаться от способности к регенерации сердечной мышцы», - говорит Мак-Леллан. «Наш выигрыш – более эффективные кардиомиоциты и сердце. Но это было компромиссом».

Сердечная мышца.

(Фото: 3D4Medical.com/Science Photo Library)

Доктор Мак-Леллан считает, что временное подавление экспрессии белков, блокирующих механизм клеточного цикла, возможно, позволит заставить взрослые кардиомиомицы вернуться к клеточному циклу, то есть пролиферации. Эти методы должны иметь обратимые последствия с тем, чтобы эффект воздействия на ответственные за пролиферацию белки исчезал после восстановления повреждения. Тогда кардиомиоциты снова превратятся в зрелые клетки и начнут помогать восстановленной сердечной мышце сокращаться. Чтобы нокаутировать белки, поддерживающие миоциты в зрелом состоянии, доктор Мак-Леллан уже рассматривает возможность использования наночастиц для доставки в сердце малых интерферирующих РНК.

При инфаркте миокарда часть сердца перестает снабжаться кислородом, и кардиомиоциты гибнут, замещаясь рубцовой тканью. Найти поврежденный участок сердца нетрудно, и, если будет разработан способ перепрограммирования собственных миоцитов пациента, в поврежденную область можно будет ввести систему, управляющую активностью нужного белка и способную вернуть миоциты в примитивное состояние. Это позволить заменить погибшую сердечную мышцу живой.

«О способности низших организмов к регенерации и о том, почему этого не происходит у людей, говорят уже давно. Это первая статья, дающее объяснение тому, почему так происходит» - комментирует свою работу профессор Мак-Леллан.

Об использовании для регенерации сердца человеческих эмбриональных стволовых клеток (hESCs) или перепрограммированных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSCs) ведется много разговоров. Однако неизвестно, какой степени регенерации можно добиться и насколько значимой может оказаться польза от их использования.

«С моей точки зрения, это потенциальный механизм регенерации сердечной мышцы без использования стволовых клеток», - говорит доктор Мак-Леллан. «В этом случае каждый человек станет источником клеток для собственной регенерации».

По материалам

Newts and salamanders can regrow their damaged hearts, so why can't we?

Оригинальная статья:

Patima Sdek, Peng Zhao,Yaping Wang, Chang-jiang Huang, Christopher Y. Ko, Peter C. Butler, James N. Weiss, and W. Robb MacLellan. Rb and p130 control cell cycle gene silencing to maintain the postmitotic phenotype in cardiac myocytes

© «Почему человеческое сердце потеряло способность к регенерации?». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу Стволовые клетки. Письменное разрешение обязательно.

Сердце обладает способностью к регенерации

Еще о стволовых клетках

Из стволовых клеток впервые получены функциональные сперматозоиды

«Внетелесный опыт» стволовых клеток может решить основную проблему аллогенных трансплантаций

Лазерное облучение костного мозга стимулирует стволовые клетки и снижает образование рубцовой ткани после инфаркта

Потенциально летальные побочные эффекты терапии стволовыми клетками можно устранить

Раковыми стволовыми клетками не рождаются, ими становятся

Первое успешное переливание эритроцитов, полученных из собственных гемопоэтических стволовых клеток донора

Впервые созданы гаплоидные эмбриональные стволовые клетки млекопитающего

Большие межгенные некодирующие РНК активно участвуют в судьбе эмбриональных стволовых клеток

В спинном мозге обнаружены клетки радиальной глии с функцией нейральных стволовых клеток

Ученые перевели назад часы старения взрослых стволовых клеток