Japonští vědci objevili gen PRDM16 řídící dělení a zrání srdečních buněk

Japonský tým vědců identifikoval gen PRDM16 jako klíčový regulační prvek, který rozhoduje o tom, zda se lidská srdeční svalová buňka bude dále dělit, nebo zda přejde do stavu zralosti potřebného pro dlouhodobou funkci srdce. Výzkum vedli docent Yoshinori Yoshida z Centra pro výzkum a aplikaci iPS buněk (CiRA) na Kjótské univerzitě a docent Antonio Lucena-Cacace z Mezinárodního výzkumného centra pro průmyslovou revoluci v oblasti biomedicíny (WPI-PRIMe) na Univerzitě v Osace.

Vědci pracovali s kardiomyocyty, tedy srdečními svalovými buňkami, které byly odvozeny z lidských indukovaných pluripotentních kmenových buněk, běžně označovaných jako iPS buňky. Tato technologie umožňuje přeměnit dospělé lidské buňky, například kožní nebo krevní, zpět do stavu podobného embryonálním kmenovým buňkám a následně je nasměrovat k vývoji v požadovaný typ tkáně, v tomto případě srdeční sval.

Tým zjistil, že protein PRDM16 hraje zásadní roli při udržování rovnováhy mezi dvěma protichůdnými procesy v kardiomyocytech, mezi proliferací, tedy schopností buněk se dělit a množit, a maturací, tedy procesem zrání, při kterém buňky získávají specializované vlastnosti nutné pro plnohodnotnou srdeční funkci.

Lidské srdeční buňky mají po narození velmi omezenou schopnost regenerace. Zatímco u některých živočichů, například u ryb nebo obojživelníků, si srdeční tkáň dokáže po poškození do značné míry obnovit svou strukturu prostřednictvím dělení buněk, u dospělých lidí kardiomyocyty tuto schopnost z velké části ztrácejí krátce po narození. Místo dalšího dělení se buňky specializují a zaměřují se výhradně na stahovací funkci, která umožňuje srdci pracovat nepřetržitě po celý život člověka.

Právě přechod mezi těmito dvěma stavy, tedy mezi schopností se dělit a stavem trvalé zralosti, je podle vědců jedním z klíčových a dosud ne zcela objasněných procesů v biologii srdce. Porozumění mechanismům, které tento přechod řídí, má potenciální význam pro budoucí terapeutické přístupy zaměřené na obnovu poškozené srdeční tkáně, například po infarktu myokardu, kdy dochází k trvalé ztrátě funkčních srdečních buněk.

Identifikace PRDM16 jako regulátoru tohoto procesu představuje podle výzkumníků krok k lepšímu pochopení toho, proč lidské srdeční buňky ztrácejí regenerační potenciál a jakým způsobem by bylo možné tento proces v budoucnu ovlivnit. Cílem dlouhodobého výzkumu je porozumět buněčným a molekulárním mechanismům, které stojí za zastavením dělení kardiomyocytů a jejich přechodem do plně funkčního, zralého stavu.

Využití iPS buněk k tomuto typu výzkumu má výhodu v tom, že umožňuje studovat lidské srdeční buňky přímo v laboratorních podmínkách, aniž by bylo nutné pracovat s tkání odebranou ze srdce dárce. Metoda odvozování kardiomyocytů z iPS buněk se v posledních letech stala standardním nástrojem pro výzkum srdečních onemocnění, testování léčiv i studium základních biologických procesů souvisejících se srdeční tkání.

Centrum CiRA při Kjótské univerzitě patří mezi přední světová pracoviště zabývající se výzkumem indukovaných pluripotentních kmenových buněk, přičemž tuto technologii poprvé popsal profesor Šinja Jamanaka, který za tento objev obdržel Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu. Centrum od té doby rozvíjí širokou škálu aplikací iPS buněk, včetně výzkumu srdečních, nervových a dalších tkání.

Spolupráce s Univerzitou v Osace a jejím centrem WPI-PRIMe naznačuje, že výzkum kombinuje poznatky z oblasti buněčné biologie s přístupy zaměřenými na medicínské aplikace a průmyslový výzkum v biomedicíně. Podle vědců bude další výzkum směřovat k podrobnějšímu popisu molekulárních drah, kterými PRDM16 tento proces řídí, a k ověření, zda by cílená manipulace s touto regulační dráhou mohla v budoucnu přispět k vývoji nových terapeutických strategií pro léčbu srdečních onemocnění spojených se ztrátou funkčních srdečních buněk.