Кардиомиоциты сливаются во время сердечного развития и регенерации. Ученый из Немецкого центра сердечно-сосудистых исследований (DZHK) обнаружил эти ранее неизвестные процессы с помощью генетически модифицированных рыбок данио, у которых слитые клетки флуоресцируют.
Клетки сливаются по разным причинам. Хорошо известно, что волокна скелетных мышц развиваются из слитых миобластов. Слияние клеток также играет роль в таких заболеваниях, как рак. Перепрограммирование дифференцированных клеток посредством слияния и, таким образом, стимуляция их роста, кроме того, является терапевтическим видением многих заболеваний. Однако механизмы, лежащие в основе слияния, не совсем понятны, и неясно, насколько важен этот процесс. В конечном счете, ранее отсутствовали подходящие модели и инструменты для наблюдения за слиянием живых организмов в нормальных условиях.
Кардиомиоциты временно сливаются
Ученый ДЖК д-р. Suphansa Sawamiphak и ее коллеги из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка в Ассоциации Гельмгольца (MDC) в Берлине и в Институте Макса Планка по исследованиям сердца и легких в Бад-Наухайме теперь преуспели в генетической модификации рыбок данио таким образом, чтобы они могли надежно определить слияние клеток в живом организме. Они назвали свою систему активацией флуоресценции в честь связывания трансгенов, или сокращенно FATC. В этой системе флуоресцентный репортерный ген читается только тогда, когда клетки сливаются вместе. Эти клетки светятся под флуоресцентным микроскопом. Используя это, они впервые наблюдали, что кардиомиоциты у рыб сливаются. Это слияние носит временный характер: клетки флуоресцируют только до тех пор, пока они сливаются вместе. Когда они расходятся, световой сигнал теряется.
"Особенностью нашей системы является то, что мы можем сделать слияние видимым по всему телу", говорит Савамифак. "Раньше слияние клеток можно было наблюдать только в том случае, если были трансплантированы меченые клетки, такие как клетки костного мозга, и затем отслеживалось, сливаются ли клетки в определенных тканях. Таким образом, тип ткани и клетки был предопределен; неизвестные процессы термоядерного синтеза оставались скрытыми."
Поврежденные сердца рыбок данио способны полностью регенерировать. Исследователи из Берлина обнаружили, что кардиомиоциты сливаются во время этой фазы. Более того, они могли обнаружить возникновение этого процесса во время развития личинок рыб. "Мы ожидали слияния при регенерации поврежденного сердца. Однако то, что это происходит во время разработки, было очень удивительно", сообщает Sawamiphak.
Рост клеток связан со слиянием
Дальнейшие исследования показали, что доля слитых клеток снизилась более чем наполовину в сердцах взрослых рыб по сравнению с сердцами личинок. "Здоровый миокард взрослого человека также имеет только низкий рост клеток", говорит Савамифак. "По этой причине мы исследовали, связано ли временное слияние клеток с митотической активностью." Полученные данные показывают, что кардиомиоциты, в которых произошло слияние мембран, представляют собой высокопролиферативную субпопуляцию в развивающемся сердце. Исследователи также смогли наблюдать эту связь между ростом клеток и слиянием клеток в регенерирующих сердцах взрослых рыб. После травмы скорость пролиферации клеток обычно значительно увеличивается. А у генетически модифицированных рыбок данио флуоресцентные и, таким образом, слитые клетки составляли значительную часть этих пролиферативных клеток в сердце. Савамифак подозревает, что временное слияние подготавливает кардиомиоциты к пролиферации.
Затем ученый из ДЖК и ее команда намерены выяснить, как точно коррелируются слияние кардиомиоцитов и митотическая активность, и проанализировать механизмы слияния клеток. "Наши результаты показывают фундаментальные механизмы у рыбок данио. Таким образом, мы надеемся лучше понять особую регенеративную способность сердца рыбок данио и предоставить новые возможности для восстановления поврежденного сердца млекопитающих", Савамифак смотрит в будущее.