Врождённые пороки сердца встречаются примерно у двух из каждых ста новорождённых в мире, что делает их одной из самых распространённых разновидностей врождённых аномалий. Учёные до сих пор выясняют, почему возникают такие нарушения в развитии сердца. Исследователи из Копенгагенского университета обнаружили ранее неизвестный клеточный механизм, который может объяснить значительную часть случаев.
«Мы обнаружили новую систему связи на внешней стороне клетки, которая имеет решающее значение для правильного формирования сердца в период эмбрионального развития. Это открытие меняет наше понимание того, почему возникают некоторые врождённые пороки сердца. Можно сказать, что мы выявили важную деталь в крайне сложном механизме», — приводит слова Ларса Аллана Ларсена, профессора департамента клеточной и молекулярной медицины и специалиста по врождённым порокам сердца, сайт ScienceDaily.
Обнаруженный механизм действует внутри первичной реснички — микроскопической структуры в форме антенны, которая выступает с поверхности большинства клеток организма. Первичные реснички помогают клеткам улавливать и распознавать химические сигналы из окружающей среды. Эти сигналы способны влиять на ключевые клеточные решения, в том числе на то, будет ли клетка делиться, перемещаться или погибать. Исследователи выяснили, что три белка — TAK1, TAB2 и PKA-Cα — работают сообща как сигнальный центр внутри этой клеточной антенны, и их активность, по всей видимости, важна для нормального формирования сердца.
«Эти белки действуют как молекулярные инструкции, которые сообщают стволовым клеткам, когда и как им превращаться в клетки сердечной мышцы. Однако генетические изменения могут нарушить эту связь, вызывая «дефекты антенны», что способно привести к врождённым порокам сердца», — поясняет Сёрен Творуп Кристенсен, профессор клеточной биологии департамента биологии. Чтобы изучить систему, учёные объединили генетические данные людей с врождёнными пороками сердца с экспериментами на рыбках данио, человеческих клетках и стволовых клетках мышей. Сначала они проанализировали генетическую информацию нескольких тысяч пациентов, сравнив частоту редких мутаций у больных и здоровых людей, а затем с помощью генной инженерии воссоздали те же мутации у рыбок данио и проследили их влияние на формирование сердца.
Результаты показали, что изменения в этих генах могут нарушать нормальное развитие сердца и снижать его функцию у рыбок данио. Учёные также исследовали несколько типов клеток в лабораторных экспериментах, что позволило детальнее изучить сигнальную систему и определить, что происходит при нарушении её молекулярных путей связи. «Мы изучаем механизм с самых разных сторон и с помощью множества методов, и все они подтверждают то, что мы наблюдаем у пациентов. Поэтому мы достаточно уверены, что этот механизм существует и у человека», — говорит Ларс Аллан Ларсен. Поскольку проблемы с первичной ресничкой уже известны как причина многих редких генетических заболеваний, исследователи полагают, что новый механизм в перспективе поможет лучше понять гораздо более широкий круг болезней.
«Многие редкие генетические заболевания вызваны изменениями в генах, влияющих на работу ресничек, однако лежащие в их основе механизмы оставались плохо изученными. Эти новые знания со временем могут упростить раннее выявление пациентов и разработку адресных методов лечения», — отмечает Ларс Аллан Ларсен. Исследование, опубликованное в научном журнале PLOS Biology, показывает, как определённый сигнальный путь внутри клеточных антенн влияет на развитие сердца в эмбриональный период. Выводы основаны главным образом на генетических связях и экспериментальных моделях, поэтому учёные пока не могут окончательно установить, как именно механизм работает у людей, но считают совокупность полученных данных убедительным свидетельством того, что тот же процесс важен и для человека.