Gesundheit

Single-cell-Karte des Herzens offenbart, Breite zelluläre Vielfalt

Die größten single-Kern-survey des menschlichen Herzens zu Datum enthüllt einige neue Zelltypen und einer Vielzahl von gen-Expressionsmuster auf.

Die Untersuchung der einzelnen Zellen erheblich erweitert das biologische Verständnis der verschiedenen organ-Systeme, aber in der kardiologischen Forschung, einige grundlegende Fragen sind geblieben. Wie viele Arten von Zellen, aus denen das menschliche Herz? Diese Zellen Verhalten sich anders in verschiedenen Regionen des Herzens? Wie verschiedene Zelltypen Einfluss Herzen Gesundheit und Krankheit?

Zu helfen, diese Fragen zu beantworten, die Forscher von der Präzision, Kardiologie Lab (PCL) der Broad Institute des MIT und Harvard und Bayer, Massachusetts General Hospital, University of Pennsylvania, und Masonic Medical Research Institute haben nun die umfassendste hochauflösende zelluläre Karte zu Tag das menschliche Herz. Durch das Studium fast 300.000 einzelne Herzzellen von sieben gesunden Herzen, das team legte neun wichtigsten Zelltypen und über 20 Subtypen in der Orgel. Sie fanden außerdem gene expression patterns in verschiedenen Teile der Orgel, sowie Zelltypen, die beteiligt sein können, in gemeinsamen Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Verständnis alle verschiedenen Zellen—und wie Sie variieren—innerhalb des gesunden menschlichen Herzens erlaubt es den Forschern, um zu Hause in auf, wie sich diese Zellen Verhalten sich anders in Krankheit. Dieses wissen könnte den Wissenschaftlern helfen, die Identifizierung neuer drug targets in bestimmten kardialen Zelltypen eine Rolle bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Diese Arbeit erscheint in Umlauf.

„Nicht viel bekannt war über die verschiedenen Arten von Zellen im menschlichen Herzen“, sagt Christian Stegmann, der Bayer Leiter der PCL.

Senior Studie Autor Patrick Ellinor vereinbart. „Auf einer grundlegenden Ebene, wir haben versucht, zu Fragen, was wirklich einfach ist, wie viele Zelltypen sind in den Herzen der Menschen, und was tun Sie Aussehen,“ sagte Ellinor, ein Breites Instituts-Mitglied, Direktor des PCL und die Breite der Herz-Kreislauf-Erkrankungen Initiative und Direktor des Herzrhythmusstörungen Service am Massachusetts General Hospital.

Herz der Zellen

Jahrzehnten der kardiologischen Forschung konzentriert sich auf das Herz ist die muskuläre Komponente, mit Zellen, den sogenannten kardiomyozyten, die hilft, das Herz-Vertrag. Aber kardiomyozyten setzen auf ein kompliziertes ensemble von spezialisierten Zellen zu halten, Herzen Pumpen, und Forscher haben lange darüber diskutiert, was die wichtigsten Zelltypen innerhalb des menschlichen Herzens.

„In den letzten Jahren, haben wir zu schätzen gelernt, dass das Herz ist eine äußerst komplexe Mischung von Zellen,“ sagte Nathan Tucker, der erste Autor der Studie und ein Projekt-Teams führen in der PCL, die nun assistant professor an der Masonic Medical Research Institute. „Es gibt eine Menge ungenutztes Biologie für uns zu verstehen.“

Menschliche Herzzellen wurden schwierig zu studieren, selbst mit modernen single-cell sequencing-Techniken, da die Herzmuskelzellen sind zu groß, um verarbeitet werden, indem die standard-fluidic devices die bei diesen Methoden verwendeten. Statt, das team hinter dieser neuen Studie nahm einen anderen Ansatz: single-Kern-Sequenzierung, die zu Brüchen der Zellen, analysiert und die RNA in einzelnen Kerne anstatt von ganzen intakten Zellen. Dieser Ansatz ermöglichte Ihnen eine Umfrage Zellen über das menschliche Herz, definieren Ihre gen-Ausdruck-profile, und-Sonde seltener Zelltypen über das hinaus, was bisher möglich war.

Das team identifiziert die überraschend hohe Zahl von Herz-Zell-Typen und Subtypen von profiling 287,269 einzelnen Kerne aus allen vier Kammern des Herzens. „Viele Leute denken, dass das Herz als relativ homogene,“ Ellinor erwähnt. „Die Anzahl der Zell-Subtypen, das Ausmaß der Vielfalt, und nur die schiere Komplexität waren demütigend.“

Der single-Kern-Daten zeigten auch, dass die zelluläre gen-Ausdruck-profile in Abhängigkeit von Herz-Kammer, in bestimmte Zelltypen. Zum Beispiel, das Herz der Bewohner immun-Zellen zeigte eine deutliche expression der gene Muster im rechten atrium im Vergleich zu den anderen Kammern.

„Wir haben längst verstanden, dass kardiomyozyten über die Herz-Kammern sind unterschiedlich. Aber wir wussten nicht, dass alle anderen support-Zellen und Ihre Aktivität ebenfalls unterschiedlich in den verschiedenen Kammern,“ sagte Tucker. „Also, die Tatsache, dass Sie brauchen, um zu verstehen, dass diese Zellen im Rahmen der Kammer, aus der Sie kommen, war wirklich eine überraschende und wichtige Erkenntnis.“

Gesamt-Karte des Herzens

Die Studie schafft auch eine wichtige neue Ressource für die wissenschaftliche Gemeinschaft: eine Referenz-Karte des Herzens besser zu verstehen, was schief geht in der Krankheit.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen, wie Herzinsuffizienz und Schlaganfall, töten Millionen Menschen auf der ganzen Welt jedes Jahr. Das Verständnis der Genetik dieser Erkrankungen ist Komplex, ohne eine baseline-Mobilfunk-Karte eines gesunden menschlichen Herzens.

Zu helfen, Herzkrankheiten Genetik in einem zellulären Kontext, die Forscher gepaart Ihre single-Kern-Daten mit genetischen Assoziation von Daten aus früheren bevölkerungsbezogenen disease-Studien. Sie identifizierten Zelltypen im Herzen, die sind, die am wahrscheinlichsten eine Rolle in der gemeinsamen Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Herzinfarkt und Vorhofflimmern, wo das Herz schlägt unregelmäßig.

Die Wissenschaftler suchten auch nach kardialen Zelltypen exprimieren Gene mit bekannten zusammenhängen zu Krankheit, zu identifizieren potentielle neue Angriffspunkte für Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Sie fanden einige auffällige Muster. Die meisten der druggable Gene erforschten Sie äußerte sich in nur drei kardialen Zelltypen: Fibroblasten-Zellen, die Herstellung und Wartung von Bindegewebe, kardiomyozyten und Fettzellen.

Kollektiv, diese Einblicke in das Herz der einzelnen Zellen und wie Sie variieren in Gesundheit und Krankheit, ermöglichen es den Forschern, um neue therapeutische Ziele in der Krankheit-spezifische Zelltypen -, Kräftigungs-Droge-Entdeckung-Bemühungen für Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

In der Tat, das research-team wird in Kürze beginnen, studieren einzelne Zellen aus Patienten mit bestimmten Herz-Erkrankungen, zu lernen, wie die verschiedenen Arten von Herz-Zellen Verhalten sich in einem krankhaften Zustand.