科学家研究修复受损心脏组织获新进展

日期: 2017年10月30日


    

导读:近期,UNC 研究人员使用单细胞 RNA 测序技术结合数学建模和遗传和化学方法来描述细胞命运从成纤维细胞转化为心肌细胞期间发生的分步改变。不仅成功地重建了单细胞在这一过程中可以采用的途径,而且还确定了从一种细胞类型转变为另一种细胞的基因分子途径和关键调控因子。今天,赛业小编为您推荐“科学家研究修复受损心脏组织获新进展”,详情如下:

  

“心脏组织”/


心脏病发作后扭转疤痕组织,创造健康的心脏肌肉:这将是心脏病学和再生医学领域的即将改变的游戏规则。在实验室,科学家已经表明可以将成纤维细胞(瘢痕组织细胞)转化为心肌细胞(心脏肌细胞),但是整理出这种情况的细节并不容易,并且在诊所甚至使用这种方法其他基础研究项目也被证明是难以捉摸的。


现在,在“自然”杂志上发表的一项新研究中,UNC 研究人员报告了一个突破。他们使用单细胞 RNA 测序技术结合数学建模和遗传和化学方法来描述细胞命运从成纤维细胞转化为心肌细胞期间发生的分步改变。由 UNC 医学院病理学和实验室医学助理教授李倩博士领导的科学家不仅成功地重建了单细胞在这一过程中可以采用的途径,而且还确定了从一种细胞类型转变为另一种细胞的基因分子途径和关键调控因子。


“我们以直接心脏重新编程为例,在本研究中,”本文的资深作者和 UNC 麦卡拉斯特心脏研究所的成员钱先生说,“但是我们在这里建立的管道和方法可以用于任何其他重编程过程和潜在的其他不同步和异质生物过程。”


当我们是婴儿时,我们身体的胚胎干细胞逐渐变成各种高度专门化的细胞类型,如神经元,血细胞和心肌细胞。长期以来,科学家认为这些特定的细胞类型是终末的; 它们不能再次改变或被恢复到胚胎与最终分化阶段之间的状态。最近的发现显示,有可能将终末分化的体细胞恢复到多能状态 - 一种能够自我产生并潜在地变成身体中任何种类的细胞的“主”细胞。科学家们也知道如何将一种分化的体细胞类型转化为另一种,而不会通过多能阶段或原始祖细胞阶段进行迂回。这种发现转移了细胞层级的范式,彻底改变了干细胞研究和再生医学领域。然而,弄清楚如何研究这些过程的细节来将其用于临床和基础研究是困难的。


直接心脏重新编程是钱实验室在过去几年中率先开发并进行微调的心脏再生和疾病模型的有前景的方法,涉及将心肌非肌细胞直接转化为与内源性 CM 相似的诱导心肌细胞(iCM)。像任何重新编程过程一样,许多被重新编程的单元格并没有同时进行。


钱说:“这是一个”异步“的过程。 “转换发生在不同的时间间隔,所以在任何阶段,细胞群体总是包含未转化的,部分重编程的和完全重编程的细胞,因此细胞重编程是“异构的” ,这使得使用传统方法难以研究。


本研究通过使用微流体单细胞 RNA 测序技术,解决了“异步”编程和异种细胞群体的两个主要问题。他们分析了从成纤维细胞转化为 iCM 的命运转化过程中的全局转录组变化。


使用数学算法,他们确定了沿着重新编程管道的细胞分子不同的亚群。然后,他们基于模拟和实验验证重新构建了 iCM 形成路线。这些路线为他们提供了前所未有的高分辨率路线图,以进一步研究细胞转化的机制。


钱说:“我们发现有一些临床上很重要,”例如,我们知道,心脏病发作后,受伤区周围的心脏成纤维细胞立即被激活并变得高度增殖,但随着时间的推移,这种增殖能力会下降成纤维细胞变化的细胞周期状态优于心脏病发作及其后果的优势肯定会扩大患者细胞重编程的应用,并优化结果。


如何将受损的心脏组织转回健康的心脏肌肉:出现新的细节


钱先生补充道:“我们展示了细胞增殖与细胞重编程之间的路线,我们还显示了实验证据,改变起始成纤维细胞的细胞周期状态会改变新的心肌细胞形成的结果。


她的研究小组发现,在编程过程中,成纤维细胞亚群的分子特征受到差异性的抑制,这表明细胞重编程的易感性有所不同。


有趣的是,这种易感性与心脏发育过程中心肌细胞分化的时机一致。似乎在心脏发育早期出现的中间人群中的特点对改变更具抵抗力。这表明最近的细胞表观遗传记忆可能更容易被擦除,因此具有这种表观遗传特征的成纤维细胞亚群更容易转化为心肌细胞。


钱说:“操纵表观遗传记忆 - 不仅仅是改变其当前的表观遗传学状态 - 对于改变细胞的治疗价值的命运来说是至关重要的。”


通过进一步分析重编程中的全球基因表达变化,研究人员发现了涉及 mRNA 加工和剪接的因素的意外下调。


钱说:“对我们来说这是一个惊喜。 “我们发现,一些基本的细胞机械发生了巨大变化,如蛋白质生产,运输和降解的机械,以及我们详细的文件 - mRNA 拼接机械。”


该团队继续对顶级候选人进行详细的功能分析 - 称为 Ptbp1 的剪接因子。有证据表明,它是获得成纤维细胞中心肌细胞特异性剪接模式的关键障碍。钱先生的研究表明,Ptbp1 消耗促进了更多的 iCMs 的形成。


钱继续说:“从我们的机械学研究中学到的新知识,如何将单一的剪接因子调节成从成纤维细胞到心肌细胞的命运转换。” “如果没有这种方式的公正的性质,我们就不会获得关于重新编程过程的新鲜有价值的信息,这就是我们平台的优势。”


另外的定量分析揭示了每个重编程因子的表达与通过重编程过程的个体细胞进展之间的强相关性,并导致发现用于富集 iCM 的新表面标记。


钱说:“我认为本文的跨学科方法非常强大,它们帮助我们识别以前无法识别的功能或机制,并更好地了解细胞的性质和疾病的进展,最终这种方法可能不只受益与心脏病患者,还有癌症,糖尿病,神经系统疾病等病症,我们对未来的道路感到非常兴奋。”


来源:来宝网——由赛业生物科技有限公司转载发布

  

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