DNA Blueprint Maps Hoe een hart een hart wordt

Met behulp van stamceltechnologie, DNA-sequencing van de volgende generatie en computerhulpmiddelen hebben onderzoekers van de Gladstone Institutes in Californië en andere academische centra in kaart gebracht hoe een hart een hart wordt, en een genomische en epigenomische blauwdruk onthullen voor de exacte volgorde en timing van honderden van "genetische schakelaars" van embryonale stamcelstadium tot volledig functionerend hart.
De onderzoekers schrijven over hun werk in het online nummer van Cel.
De bevindingen brengen hoop op nieuwe behandelingen voor mensen geboren met levensbedreigende hartafwijkingen zoals een onregelmatige hartslag (aritmie) en een gat in het hart (ventriculair septumdefect).
Senior onderzoeker Benoit Bruneau, associate director van cardiovasculair onderzoek bij Gladstone, een onafhankelijke biomedische onderzoeksgroep zonder winstoogmerk, vertelt de pers in een verklaring:

"Aangeboren hartafwijkingen zijn de meest voorkomende geboorteafwijkingen - die jaarlijks meer dan 35.000 pasgeboren baby's in de Verenigde Staten treffen."
"Maar hoe deze defecten zich op genetisch niveau ontwikkelen, was moeilijk vast te stellen omdat onderzoek zich heeft gericht op een kleine set genen. Hier benaderen we hartvorming met een groothoeklens van kijkend naar het geheel van het genetische materiaal dat hartcellen hun unieke identiteit geeft," hij legt uit.

Van bergen gegevens tot leesbare blauwdruk

Voor hun studie nam het team embryonale stamcellen van muizen, plaatste ze in een kweek die leek op embryonale ontwikkeling en herprogrammeerde ze om kloppende hartcellen te vormen.

Onderzoekers hopen dat deze nieuwe bevindingen de deur openen naar mogelijke behandelingen voor mensen die geboren zijn met levensbedreigende hartafwijkingen.Dit voltooide deel van het proces: omdat wetenschappers steeds meer ontdekken, hebben deze cellen niet alleen de keuze hoe een orgaan een orgel wordt, maar ook een gedetailleerde controlekaart van hoe de genen in- en uitschakelen tijdens verschillende ontwikkelingsfasen. : de epigenomische handtekeningen.
Voor dit deel van het experiment extraheren ze DNA van zich ontwikkelende en rijpe hartcellen, omdat ze de epigenetische kenmerken bevatten die in het DNA zijn geschreven. Ze deden dit met behulp van CHIP-seq, een geavanceerd hulpmiddel voor het rangschikken van genen.
Maar zelfs dit was niet genoeg om hen een volledige, werkende blauwdruk te geven, aangezien Jeffrey Alexander, co-lead auteur en afgestudeerd aan Gladstone en University of California, San Francisco (UCSF), waarmee Gladstone is gelieerd, uitlegt:
"... simpelweg het vinden van deze handtekeningen was slechts de helft van de strijd - we moesten vervolgens ontcijferen welke aspecten van hartvorming ze codeerden."
"Om dat te doen, gebruikten we de rekenkracht van de Gladstone Bioinformatics Core.Dit stelde ons in staat om de bergen van gegevens verzameld uit gensequencing te verzamelen en te ordenen in een leesbare, zinvolle blauwdruk voor hoe een hart een hart wordt," voegde hij eraan toe.

Sommige onverwachte ontdekkingen

De onderzoekers hebben enkele verrassende ontdekkingen gedaan: niet alleen vonden ze hele groepen nieuwe genen die betrokken zijn bij hartvorming, maar ze verfijnden ook hoe ze omgaan met eerder bekende genen.
Ze ontdekten ook dat groepen van genen in hartcellen samenwerken en samen aan en uit gaan in precieze stadia van embryonale ontwikkeling.

Gevolgen voor de gezondheid van het menselijk hart

De onderzoekers suggereren dat hun ontdekkingen belangrijke implicaties hebben voor de gezondheid van het menselijk hart: door een gedetailleerde kaart te maken van hoe genen het hart controleren, geloven ze dat ze ook kunnen ontdekken hoe ziekte dit fijn gecontroleerde proces verstoort.
Ze zeggen met een een beter begrip van hoe complexe genetische en epigenetische patronen precies worden gereguleerd, ontwikkelaars zijn beter toegerust om behandelingen te vinden die verstoringen van deze patronen voorkomen, ingrijpen of tegenstribbelen door ziekte, bijvoorbeeld om kinderen met aangeboren hartafwijkingen te helpen.
Bruneau, die ook hoogleraar kindergeneeskunde is aan UCSF, zegt dat ze nu willen kijken naar het DNA van patiënten met aangeboren hartaandoeningen, in de hoop dat ze "de specifieke genetische verstoring kunnen vaststellen die hun hartafwijking heeft veroorzaakt".
"Zodra we die verstoring identificeren, kunnen we beginnen manieren te verkennen om de normale genfunctie tijdens de vroege hartvorming te herstellen - en het aantal baby's met invaliderende en soms fatale aangeboren hartafwijkingen verminderen," voegt hij eraan toe.
Geschreven door Catharine Paddock PhD