Как рыбка данио регенерирует повреждённое сердце

Исследовательская группа MDC под руководством Яна Филиппа Юнкера и Даниэлы Панаковой обнаружила, что рыбки данио могут восстанавливать сердечную ткань после повреждения. Соединительнотканные клетки (фибробласты) играют важную роль в этом процессе, временно переходя в активированное состояние. Результаты опубликованы в Nature Genetics.

В отличие от человека, у которого после инфаркта образуется рубцовая ткань, а кардиомиоциты не восстанавливаются, данио способны регенерировать органы, включая сердце.

Имитация инфаркта и поиск сигналов

Учёные моделировали повреждение, аналогичное инфаркту, прикладывая холодную иглу к сердцу данио размером 1 мм. Первоначальная реакция — воспаление и рубцевание фибробластами — у рыб и людей схожа. Однако у данио процесс продолжается: образуются новые способные к сокращению кардиомиоциты.

С помощью одноклеточной геномики исследователи обнаружили в повреждённом сердце три новых временно активированных типа фибробластов. Эти клетки экспрессируют дополнительные гены, например, кодирующие факторы соединительной ткани, такие как коллаген 12.

Ключевая роль фибробластов

Когда учёные с помощью генетического метода "выключили" фибробласты, экспрессирующие коллаген 12, регенерация сердца у данио полностью прекратилась. Это указывает на критическую роль активированных фибробластов в запуске восстановления.

Используя метод LINNAEUS и генетические "шрамы" CRISPR-Cas9 в качестве штрих-кода, команда построила клеточные родословные. Было установлено, что временно активированные фибробласты происходят из двух источников: наружного (эпикард) и внутреннего (эндокард) слоёв сердца. Клетки, продуцирующие коллаген 12, были обнаружены исключительно в эпикарде.

Междисциплинарное сотрудничество и перспективы

Исследование объединило эксперименты на животных, генетический анализ и биоинформатическую интерпретацию данных. Это позволило верифицировать результаты в живом организме и выделить биологические сигналы из огромных массивов данных.

Остаётся неясным, отсутствуют ли у млекопитающих (людей и мышей) необходимые для регенерации сигналы или же способность их воспринимать. Если проблема в отсутствии сигналов, в будущем можно разработать препараты для их имитации.

Дальнейшие исследования будут сосредоточены на генах, которые особенно активно считываются активированными фибробластами. Предварительные данные указывают, что эти клетки не только способствуют регенерации сердца, но и помогают формировать новые кровеносные сосуды для снабжения сердца кислородом.