Генетические пути формирования сердца: ключ к пониманию врожденных пороков

Около 10% младенцев рождаются с врожденным пороком сердца. Один из самых распространенных — персистирующий артериальный ствол (ПАС), или "дыра" в сердце. В норме венозная и артериальная кровь движутся по разным сосудам, как по разделенным полосам движения. При ПАС перегородка между ними имеет отверстие, что приводит к смешению крови, недостатку кислорода в организме и повышенной нагрузке на сердце. Дефект требует хирургического вмешательства.

Порок формируется на этапе эмбрионального развития, но обнаруживается только после рождения. Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech), используя эмбрионы цыплят в качестве модельного организма, определили генетические пути, которые используют определенные стволовые клетки для правильного формирования тканей сердца.

• Модель: Куриные эмбрионы имеют аналогичные с человеком процессы и гены на ранних стадиях развития. На 2-й день развития у эмбриона цыпленка формируется линия недифференцированных стволовых клеток — клеток нервного гребня. Они мигрируют по телу и участвуют в формировании лицевого скелета и частей сердца.
• Ключевое различие: Клетки нервного гребня из шейной области (кардиальные клетки нервного гребня) могут формировать сердечную мышцу. Клетки из спинной области (туловищные клетки нервного гребня) — нет. Если кардиальные клетки разрушены, сердце формируется неправильно, что приводит к ПАС.
• Открытие: Аспирант Шашанк Ганди идентифицировал гены и генетические пути, которые делают кардиальные клетки нервного гребня уникальными. "Выключение" этих генов у эмбрионов цыплят приводило к неправильному формированию сердечной мышцы.
• Прорыв: Ученые генетически "перепрограммировали" туловищные клетки нервного гребня, активировав в них эту кардиальную генетическую программу. После пересадки в шейную область эти клетки мигрировали к сердцу и развились в сердечную ткань, как настоящие кардиальные клетки.

"Мы очень взволнованы этими результатами, потому что они впервые показывают, что небольшое количество генов позволяет клеткам нервного гребня сформировать барьер, разделяющий кровоток к сердцу и легким и от них", — говорит профессор Марианна Броннер, руководитель исследования.

Понимание этих генетических процессов может в будущем позволить врачам выявлять ПАС до рождения и, возможно, корректировать дефект без хирургического вмешательства, пока ребенок еще находится в утробе матери.

Исследование опубликовано в журнале Developmental Cell 4 мая под названием "Reprogramming axial level identity to rescue neural-crest-related congenital heart defects".