Două tipuri de celule nervoase din inimă contribuie la menținerea stabilității cardiace la șoareci
Un studiu efectuat pe șoareci a cartografiat două populații specializate de celule nervoase în inimă, arătând cum una susține funcția cardiacă zilnică, în timp ce cealaltă ajută la prevenirea colapsului electric în timpul stresului sever.
Un studiu recent publicat în revista Cell sugerează că sistemul nervos cardiac intrinsec (ICNS) este esențial pentru funcționarea corectă a inimii șoarecilor. Prin integrarea studiilor genetice, de imagistică și de neuromodulare specifice celulelor în șoareci adulți, cercetătorii au identificat două tipuri distincte de neuroni cardiac intrinseci (ICNs), unul fiind crucial pentru reglementarea ritmului cardiac și susținerea perfuziei coronariene, iar celălalt pentru menținerea stabilității electrice în condiții de stres extrem. Investigațiile mecanistice suplimentare asupra structurii și funcției ICNS ar putea informa viitoare terapii de neuromodulare țintite pe tipuri de celule, deși relevanța acestor descoperiri pentru oameni rămâne necunoscută.
ICNS reprezintă un nod cheie în comunicarea între inimă și creier și este implicat în mai multe tulburări cardiace. Organizarea sa funcțională rămâne slab înțeleasă deoarece cele mai multe studii s-au concentrat în principal pe circuitele autonome externe. Tratamentul actual, inclusiv ablația prin radiofrecvență, stimularea electrică și crioterapia, vizează în mod general elemente ale sistemului nervos cardiac fără specificitate pe tipuri de celule și adesea produc rezultate variabile. O mai bună înțelegere a ICNS ar putea ajuta cercetătorii să dezvolte tratamente mai țintite în viitor, deși beneficiul clinic pentru oameni nu a fost testat.
În cadrul acestui studiu, cercetătorii au integrat investigații genetice cu metode de imagistică în șoareci adulți pentru a examina rolul ICNS în funcția cardiacă. Au realizat secvențierea ARN-ului la nivel de celulă unică (scRNA-seq), studii de etichetare genetică, imagistică volumetrică de înaltă rezoluție și studii de neuromodulare specifice celulelor pentru a diseca cadrul complex al ICNS. Pentru a caracteriza subtipurile ICN, echipa a efectuat etichetarea genetică bazată pe virusuri asociate adeno (AAV) și a cartografiat morfologia neuronală și modelele de innervație specifice tipurilor de celule.
Cercetătorii au dezvoltat modele de șoareci inginerizați genetic pentru a eticheta, viza și manipula selectiv tipuri specifice de celule din ICNS. Au realizat sortarea celulară activată de fluorescență (FACS) pentru a purifica ICNs etichetate cu proteina fluorescentă verde (GFP) din regiunile cardiace anterioare, posterioare și mixte. Analiza RNAscope a validat descoperirile la nivel de celulă unică și a confirmat distribuțiile în situ.
Echipa a identificat subtipuri ICN moleculare distincte. Aceste populații au primit intrări diferite de la circuitele externe și au innervat domenii distincte ale sistemului cardiac pentru a îndeplini funcții diferite. Au efectuat experimente de ablație mediată de toxina difterică (DT) și au evaluat efectele. Secvențierea ARN-ului la nivel de celulă unică a 2.870 ICNs a identificat patru clustere transcripționale, vizualizate folosind aproximarea uniformă a manifoldului și proiecția (UMAP), cu celulele pozitive pentru Npy și Ddah1 constituind cele două clase moleculare majore. Au supus animalele la restricție fizică, expunere prelungită la căldură și suprastimulare simpatică indusă de epinefrină-cafeină pentru a studia funcția ICNS în condiții de stres.
ICNS se află la interfața dintre intrările autonome externe și celulele cardiace, poziționându-l pentru a integra semnalele locale și centrale. Prin etichetarea genetică, cercetătorii au identificat ICNs pozitive pentru GFP situate în diverși ganglioni anteriori și posteriori pe atriu. Cele mai multe ICNs erau colinergice. Echipa a descoperit că neuronii care exprimau neuropeptida Y (Npy) și dimetilarginina dimetilaminohidrolaza 1 (Ddah1) erau cele două subtipuri moleculare majore din ICNS. Aceste ICNs au diferit în privința intrărilor neuronale și proiecțiilor cardiace. ICNs pozitive pentru Npy au primit preferențial intrări vagale, au reglat ritmul cardiac prin sistemul nervos parasimpatic și au susținut perfuzia coronariană prin modularea mecanicii rădăcinii aortei. Ablarea ICNs pozitive pentru Npy a condus la insuficiență cardiacă fatală în șoareci.
ICNs pozitive pentru Ddah1, îmbogățite în ganglionii posterioare, au primit intrări simpatice și s-a constatat că sunt cruciale pentru menținerea stabilității electrice cardiace în condiții extreme de stres fiziologic sau psihologic. Ablarea lor a crescut susceptibilitatea la aritmii maligne și oprire cardiacă bruscă. Activarea acestor ICNs a exercitat funcții cardioprotectoare prin îmbunătățirea supraviețuirii în timpul suprastimularii simpatice induse de epinefrină-cafeină la șoareci.
Neuronii pozitivi pentru Ddah1 au exprimat frecvent beta-hidroxilaza dopaminică (Dbh), însă această caracteristică moleculară nu a stabilit o identitate simpatică clasică. Trasarea monosinaptică separată a arătat că ICNs pozitive pentru Ddah1 au primit intrări simpatice directe. Neuronii pozitivi pentru Npy au exprimat frecvent receptorul E pentru prostaglandină E 3 (PTGER3), indicând un subtip molecular distinct a cărui relevanță funcțională nu a fost testată. Neuronii pozitivi pentru Npy s-au asemănat cel mai mult cu neuronii motori inhibitori din intestin la nivel transcripțional, deși efectele lor precise downstream nu au fost testate. ICNs pozitive pentru Ddah1 au împărtășit caracteristici transcripționale cu anumite populații de tip senzorial și interneuronal din intestin, însă modalitățile lor senzoriale și funcțiile circuitelor rămân necunoscute.
Proiecțiile ICN-urilor pozitive pentru Npy au innervat extensiv inima, atingând apendicele atriale, țesutul ventricular, apexul cardiac și regiunea venelor pulmonare. Fibrele pozitive pentru Npy au vizat nodurile atrioventriculare (AV) și sinoatriale (SA), sugerând că aceste ICNs modulatează ritmul cardiac. În contrast, ICNs pozitive pentru Ddah1 au prezentat o innervație restrânsă, limitată la țesuturile atriale stângi, venele pulmonare și artera pulmonară.
În special, aceste ICNs au vizat deschiderile unde venele pulmonare intră în atriul stâng, o regiune asociată cu fibrilația atrială și aritmii. ICNs pozitive pentru Ddah1 au arătat de asemenea proiecții locale relativ rare, dar au prezentat o rețea mai extinsă de fibre nervoase care leagă ganglionii ICN. Descoperirile sunt consistente cu o comunicare spațial limitată între aceste ICNs și țintele cardiace, dar sugerează de asemenea un rol potențial în integrarea circuitelor locale.
Aceste constatări demonstrează că rețeaua neurală ICNS este critică pentru reglementarea funcției cardiace la șoareci și ar putea în cele din urmă ajuta la ghidarea
