Cercetătorii descoperă un mecanism celular care explică defectele cardiace congenitale
Defectele cardiace congenitale afectează aproximativ două din fiecare 100 de nou-născuți la nivel global. Dar de ce apar acestea?
O parte importantă a răspunsului ar putea fi descoperită într-un mecanism anterior necunoscut, aflat pe suprafața celulelor noastre. O echipă de cercetători de la Universitatea din Copenhaga a identificat acest mecanism într-un nou studiu.
„Am descoperit un nou sistem de comunicare pe exteriorul celulei, care este esențial pentru formarea corectă a inimii în timpul dezvoltării embrionare. Această descoperire schimbă înțelegerea noastră asupra modului în care apar defectele cardiace congenitale. Ai putea spune că am identificat un cog important într-o mașină extrem de complexă”, afirmă Lars Allan Larsen, un expert în defectele cardiace congenitale și profesor la Departamentul de Medicină Celulară și Moleculară.
Mecanismul se află în cilul primar, o „antena” microscopică care iese în evidență din majoritatea celulelor din organism. Rolul cilului este de a interpreta moleculele de semnalizare ale corpului, permițând celulei să decidă dacă ar trebui să se dividă, să se miște sau să moară, de exemplu.
În studiu, cercetătorii demonstrează că trei proteine, TAK1, TAB2 și PKA-Cα, funcționează ca un hub de semnalizare în antena celulei și joacă un rol semnificativ în formarea inimii.
„Aceste proteine acționează ca instrucțiuni moleculare care spun celulelor stem când și cum să se dezvolte în celule musculare cardiace. Cu toate acestea, modificările genetice pot perturba această comunicare, cauzând „defecte ale antenei”, care pot duce la defecte cardiace congenitale”, explică Søren Tvorup Christensen, profesor de biologie celulară la Departamentul de Biologie.
Cercetătorii au combinat datele genetice de la pacienți cu experimente efectuate pe pești zebra, celule umane și celule stem de șoareci pentru a înțelege cum funcționează mecanismul.
Mai întâi, au analizat datele genetice ale mai multor mii de persoane cu defecte cardiace congenitale în căutarea mutațiilor rare. Au investigat dacă anumite modificări genetice erau mai frecvente în rândul pacienților decât în rândul indivizilor sănătoși, având astfel o probabilitate mai mare de a juca un rol în boală.
Apoi, cercetătorii au examinat consecințele practice ale acestor mutații. Folosind ingineria genetică, au introdus aceleași modificări genetice în peștii zebra și au observat efectele asupra dezvoltării inimii. Experimentele au demonstrat că modificările acestor gene pot duce la defecte și la funcționarea afectată a inimii în peștii zebra.
În cele din urmă, cercetătorii au realizat experimente în diverse tipuri de celule în laborator pentru a înțelege cum funcționează mecanismul la nivel molecular și ce se întâmplă atunci când căile de semnalizare sunt perturbate.
Experimentele, împreună cu datele genetice de la pacienți, i-au condus pe cercetători către mecanismul din cilul primar, oferind astfel o posibilă explicație pentru dezvoltarea defectelor cardiace congenitale.
„Investigăm mecanismul din multe unghiuri și folosind metode diferite, toate susțin ceea ce observăm la pacienți. Prin urmare, suntem rezonabil de încrezători că acest mecanism există și la oameni”, afirmă Lars Allan Larsen.
Cercetarea a avut efecte nu doar asupra inimii.
În studiu, au fost identificate mutații genetice rare la pacienții cu așa-numita boală cardiacă congenitală sindromică. Defectele cardiace sindromice sunt cauzate de un sindrom genetic de bază, care duce adesea și la defecte și condiții asociate în alte organe.
În același timp, experimentele realizate pe pești zebra și studii detaliate ale cililor din alte țesuturi sugerează că mecanismul este, de asemenea, important pentru dezvoltarea altor organe.
„Când mecanismul ciliat eșuează, de obicei afectează dezvoltarea mai multor alte organe. Acest lucru ar putea explica de ce unii pacienți cu boli cardiace congenitale au, de asemenea, defecte și condiții asociate care afectează creierul, rinichii și scheletul. Mecanismul oferă o explicație unificatoare pentru boli pe care anterior am avut dificultăți în a le înțelege”, spune Søren Tvorup Christensen.
Cercetătorii cred, așadar, că această descoperire ar putea ajuta la îmbunătățirea înțelegerii și tratamentului unei game variate de boli cauzate de defecte în cilul primar.
„Multe boli genetice rare sunt cauzate de modificări în gene care afectează funcția ciliată, cu toate că mecanismele subiacente au rămas slab înțelese. Această nouă cunoaștere ar putea, în cele din urmă, să facă mai ușoară identificarea timpurie a pacienților și dezvoltarea de tratamente direcționate”, afirmă Lars Allan Larsen.
