Odată cu maturizarea celulelor inimii, numărul căilor de comunicare, numite pori nucleari, scade dramatic, potrivit unor noi cercetări preclinice. Deşi acest lucru ar putea proteja inima de semnale cardiace dăunătoare, ar putea împiedica şi regenerarea celulelor inimii adulte, au descoperit cercetătorii americani.
Un studiu publicat, luni, în jurnalul online Developmental Cell, sugerează că oprirea comunicării între celulele inimii şi mediul din jurul acestora protejează acest organ de semnale dăunătoare legate de stres, precum hipertensiunea arterială, dar acest lucru împiedică celulele inimii să primească semnale care promovează regenerarea celulară.
„Acest studiu explică de ce o inimă adultă nu se mai regenerează singură, dar la embrionul de şoarece şi la nou-născuţi regenerarea celulelor inimii are loc”, a declarat autorul principal al studiului dr. Bernhard Kühn, profesor de pediatrie şi director al Institutului de pediatrie pentru regenerarea şi terapia inimii de la facultatea de medicină şi spitalul de Copii UPMC, din Pittsburgh.
„Aceste descoperiri reprezintă un progres important în înţelegerea fundamentală a modului în care se dezvoltă inima odată cu vârsta şi a modului în care acest organ a evoluat pentru a face faţă stresului”.
În timp ce pielea şi multe alte ţesuturi ale corpului uman îşi păstrează capacitatea de a se repara după o leziune, nu acelaşi lucru se întâmplă şi în cazul inimii.
În timpul dezvoltării embrionului şi a fătului (la şoareci), celulele inimii trec prin procesul de diviziune celulară pentru a forma muşchiul inimii. Dar pe măsură ce celulele inimii se maturizează către vârsta adultă, ele intră într-o stare finală, în care nu se mai pot diviza.
Pentru a înţelege mai multe despre cum şi de ce se schimbă celulele cardiace odată cu vârsta, echipa a studiat porii nucleari. Aceste perforaţii ale membranei lipidice care înconjoară ADN-ul unei celule reglează trecerea moleculelor către şi dinspre nucleu.
„Anvelopa nucleară este un strat impermeabil care protejează nucleul exact ca asfaltul pe o autostradă”, a explicat dr. Kühn, care este, membru al Institutului McGowan pentru medicină regenerativă.
„Asemenea canalizărilor de mentenanţă din asfalt, porii nucleari sunt căi care permit informaţiilor să treacă prin bariera celulară şi să intre în nucleu”. Folosind microscopia cu rezoluţie ridicată, cercetătorii au vizualizat şi numărat porii nucleari din celulele inimii (cardiomiocite) de şoarece.
Numărul de pori a scăzut cu 63% pe parcursul dezvoltării, de la o medie de 1.856 în celulele embrionului la 1.040 în celulele şoarecelui nou-născut, şi la doar 678 în celulele adulte. Aceste descoperiri au fost validate de cercetători folosind microscopia electronică pentru a arăta că densitatea porilor nucleari a scăzut pe parcursul dezvoltării celulelor cardiace.
[foto: imagini obţinute cu ajutorul microscopului electronic ale nucleilor celulelor inimii la embrionul de şoarece (stânga) şi la şoarecele nou-născut (dreapta). Pe măsură ce celulele inimii se dezvoltă, numărul porilor nucleari scade. Credit: Developmental Cell, 2022].
În cercetările anterioare, echipa a arătat că o genă numită Lamin b2, care este importantă pentru regenerarea cardiomiocitelor, este foarte exprimată la şoarecii nou-născuţi, dar scade odată cu vârsta.
În noul studiu, oamenii de ştiinţă arată că blocarea expresiei genei Lamin b2 la şoareci a condus la o scădere a numărului de pori nucleari. Şoarecii cu mai puţini pori nucleari au avut un transport scăzut al proteinelor de semnalizare către nucleu şi o expresie scăzută a genelor, sugerând că această comunicare scade cu vârsta şi poate conduce la o scădere a capacităţii de regenerare a cardiomiocitelor.
„Aceste descoperiri demonstrează că numărul de pori nucleari controlează fluxul de informaţii în nucleu”, au explicat autorii studiului. „Pe măsură ce celulele inimii se maturizează şi porii nucleari scad, mai puţine informaţii ajung la nucleu”.
Ca răspuns la stres, cum este şi hipertensiunea arterială, nucleul unei cardiomiocite primeşte semnale care modifică căile genelor, ducând la remodelarea structurală a inimii. Această remodelare este o cauză majoră a insuficienţei cardiace.
Cercetătorii au folosit un model de şoarece cu hipertensiune arterială pentru a înţelege modul în care porii nucleari contribuie la acest proces dăunător de remodelare a structurii inimii.
Ei au observat că şoarecii care au fost modificaţi genetic pentru a exprima mai puţini pori nucleari au arătat o modulare mai scăzută a căilor de comunicare în cazul genelor implicate în remodelarea cardiacă dăunătoare. Aceşti şoareci au avut, de asemenea, o funcţie mai bună a inimii şi o supravieţuire mai bună decât semenii lor, cu mai mulţi pori nucleari.
„Am fost surprinşi de amploarea efectului protector în cazul inimilor cu mai puţini pori nucleari la şoarecii cu hipertensiune arterială”, au scris autorii care au precizat însă că mai puţine căi de comunicare limitează totodată şi semnalele benefice, care promovează regenerarea celulară.
