Согласно новому исследованию, проведенному учеными Питтсбургского университета и UPMC, по мере созревания клеток сердца у мышей количество коммуникационных путей, называемых ядерными порами, резко уменьшается. Исследователи обнаружили, что хотя это может защитить орган от повреждающих сигналов, это также может помешать регенерации клеток сердца взрослого человека.

Исследование, опубликованное сегодня в журнале Developmental Cell, предполагает, что прекращение связи между клетками сердца и окружающей средой защищает этот орган от вредных сигналов, связанных со стрессами, такими как высокое кровяное давление, но за счет предотвращения получения клетками сердца сигналов, способствующих регенерации.

"В этой статье дается объяснение того, почему сердца взрослых людей не регенерируют сами по себе, но сердца новорожденных мышей и людей регенерируют", - сказал старший автор Бернхард Кюн, доктор медицины, профессор педиатрии и директор Педиатрического института регенерации сердца и терапии при Медицинской школе Питта и Детской больнице UPMC в Питтсбурге. "Эти результаты являются важным шагом вперед в фундаментальном понимании того, как сердце развивается с возрастом и как оно эволюционировало, чтобы справляться со стрессом".

В то время как кожа и многие другие ткани человеческого тела сохраняют способность к самовосстановлению после травмы, то же самое нельзя сказать о сердце. Во время эмбрионального и внутриутробного развития человека сердечные клетки подвергаются клеточному делению, образуя сердечную мышцу. Но по мере того, как сердечные клетки созревают во взрослом возрасте, они переходят в терминальное состояние, в котором они больше не могут делиться.

Чтобы узнать больше о том, как и почему клетки сердца меняются с возрастом, Кюн объединился с коллегами-исследователями Питта и экспертами по биомедицинской визуализации Ян Лю, доктором философии, доцентом медицины и биоинженерии, и Донной Штольц, доктором философии, доцентом клеточной биологии и патологии и заместителем директора Центра биологической визуализации., чтобы посмотреть на ядерные поры. Эти отверстия в липидной мембране, окружающей ДНК клетки, регулируют прохождение молекул в ядро и из него.

"Ядерная оболочка - это непроницаемый слой, который защищает ядро, как асфальт на шоссе", - сказал Кюн, который также является сотрудником Института регенеративной медицины Макгоуэна. "Подобно канализационным люкам в этом асфальте, ядерные поры - это пути, которые позволяют информации проникать через барьер в ядро".

Используя микроскопию со сверхразрешающим разрешением, Лю визуализировал и подсчитал количество ядерных пор в клетках сердца мыши, или кардиомиоцитах. Количество пор уменьшилось на 63% в процессе развития, в среднем с 1856 в клетках плода до 1040 в клетках младенца и всего 678 во взрослых клетках. Эти результаты были подтверждены Штольцем, который с помощью электронной микроскопии показал, что плотность ядерных пор уменьшалась по мере развития клеток сердца.

В предыдущих исследованиях Кюн и его команда показали, что ген под названием Lamin b2, который высоко экспрессируется у новорожденных мышей, но снижается с возрастом, важен для регенерации кардиомиоцитов.

В новом исследовании они показывают, что блокирование экспрессии ламина в2 у мышей привело к уменьшению числа ядерных пор. У мышей с меньшим количеством ядерных пор уменьшился транспорт сигнальных белков в ядро и снизилась экспрессия генов, что позволяет предположить, что снижение связи с возрастом может привести к снижению регенеративной способности кардиомиоцитов.

"Эти результаты демонстрируют, что количество ядерных пор контролирует поток информации в ядро", - объяснил Кюн. "По мере созревания клеток сердца и уменьшения ядерных пор в ядро поступает все меньше информации".

В ответ на стресс, такой как высокое кровяное давление, ядро кардиомиоцита получает сигналы, которые модифицируют генные пути, что приводит к структурному переустройству сердца. Это перестройка является основной причиной сердечной недостаточности.

Исследователи использовали мышиную модель высокого кровяного давления, чтобы понять, как ядерные поры способствуют этому процессу ремоделирования. Мыши, которые были сконструированы так, чтобы экспрессировать меньшее количество ядерных пор, показали меньшую модуляцию генных путей, участвующих в вредном ремоделировании сердца. У этих мышей также была лучшая сердечная функция и выживаемость, чем у их сверстников с большим количеством ядерных пор.

"Мы были удивлены величиной защитного эффекта меньшего количества ядерных пор у мышей с высоким кровяным давлением", - сказал Кюн. "Однако меньшее количество коммуникационных путей также ограничивает полезные сигналы, такие как те, которые способствуют регенерации".

Другими авторами, которые внесли свой вклад в это исследование, были Лу Хан, доктор философии, Джоселин Д. Мич-Бассо, Б.С., М.Т., Яо Ли, доктор философии, Нияти Амманаманчи, М.С., Цзяньцюань Сюй, доктор философии, Анита П. Баргадже, Б.С., Хунхай Лю, доктор философии, Ливен Ву, Доктор философии, Джонг-Хен Чжон, доктор философии, Джонатан Фрэнкс, доктор медицинских наук, Йиджен Л. Ву, доктор философии, и Дивьяа Раджасундарам, доктор философии, все из Pitt или UPMC.