El mapa de una sola célula del corazón revela una amplia diversidad celular
El corazón humano tiene una diversidad de tipos de células, incluidos los cardiomiocitos (verde) y los fibroblastos (amarillo). El ADN se tiñe de azul. Crédito: Bridget Simonson, Broad Institute
El mayor estudio de un solo núcleo del corazón humano hasta la fecha descubre varios tipos de células nuevas y una variedad de patrones de expresión génica.
El estudio de células individuales ha ampliado enormemente la comprensión biológica de varios sistemas de órganos, pero en la investigación cardiaca aún quedan algunas preguntas básicas. ¿Cuántos tipos de células componen el corazón humano? ¿Estas células se comportan de manera diferente en diferentes regiones del corazón? ¿Cómo influyen los distintos tipos de células en la salud y las enfermedades cardíacas?
Para ayudar a responder estas preguntas, investigadores del Precision Cardiology Lab (PCL) del Broad Institute of MIT y Harvard and Bayer, Massachusetts General Hospital, University of Pensilvania y el Instituto de Investigación Médica Masónica han generado el mapa celular de alta resolución más completo hasta la fecha del corazón humano. Mediante el estudio de casi 300.000 células cardíacas individuales de siete corazones sanos, el equipo identificó nueve tipos principales de células y más de 20 subtipos en el órgano. También encontraron patrones de expresión génica en diferentes partes del órgano, así como tipos de células que pueden estar involucradas en enfermedades cardiovasculares comunes.
Comprender todas las células distintas y cómo varían dentro del corazón humano sano permite a los investigadores determinar cómo estas células se comportan de manera diferente en la enfermedad. Este conocimiento podría ayudar a los científicos a identificar nuevos objetivos farmacológicos en tipos específicos de células cardíacas implicadas en trastornos cardiovasculares. Este trabajo aparece en Circulation.
«No se sabía mucho sobre los diferentes tipos de células en el corazón humano», dijo Christian Stegmann, director de PCL en Bayer.
El autor principal del estudio, Patrick Ellinor, estuvo de acuerdo. «En un nivel fundamental, estábamos tratando de preguntar algo realmente simple, que es cuántos tipos de células hay en el corazón humano y cómo se ven», dijo Ellinor, miembro del instituto Broad, director de PCL y Broad’s. Cardiovascular Disease Initiative, y director del Servicio de Arritmia Cardíaca del Hospital General de Massachusetts.
El corazón de las células
Décadas de investigación cardíaca se han centrado en el componente muscular del corazón, con células conocidas como cardiomiocitos, que ayuda a que el corazón se contraiga. Pero los cardiomiocitos dependen de un complejo conjunto de células especializadas para mantener el corazón bombeando, y los investigadores han debatido durante mucho tiempo cuáles son los principales tipos de células dentro del corazón humano.
«En los últimos años, hemos llegado a apreciar que el el corazón es una mezcla realmente compleja de células», dijo Nathan Tucker, primer autor del estudio y líder del equipo del proyecto en PCL, quien ahora es profesor asistente en el Instituto de Investigación Médica Masónica. «Hay mucha biología sin explotar que debemos entender».
Las células cardíacas humanas han sido difíciles de estudiar, incluso con técnicas modernas de secuenciación de células individuales, porque los cardiomiocitos son demasiado grandes para ser procesados por los dispositivos fluídicos estándar que se utilizan en estos métodos. En cambio, el equipo detrás de este nuevo estudio adoptó un enfoque diferente: la secuenciación de un solo núcleo, que rompe las células y analiza el ARN en núcleos individuales en lugar de células enteras intactas. Este enfoque les permitió estudiar células en todo el corazón humano, definir sus perfiles de expresión génica e investigar tipos de células más raros más allá de lo que antes era posible.
El equipo identificó la sorprendente cantidad de tipos y subtipos de células cardíacas mediante la creación de perfiles. 287.269 núcleos individuales de las cuatro cámaras del corazón. «Mucha gente piensa que el corazón es relativamente homogéneo», anotó Ellinor. «La cantidad de subtipos de células, el alcance de la diversidad y la gran complejidad fueron aleccionadores».
Los datos de un solo núcleo también mostraron que los perfiles de expresión génica celular variaban según la cámara del corazón en ciertos tipos de células. Por ejemplo, las células inmunitarias residentes del corazón mostraron un patrón de expresión génica distinto en la aurícula derecha en comparación con las otras cámaras.
«Hace tiempo que entendimos que los cardiomiocitos en las cámaras del corazón son diferentes. Pero no No sé que todas las demás células de apoyo y su actividad también serían diferentes en las diferentes cámaras», dijo Tucker. «Entonces, el hecho de que necesites comprender estas células en el contexto de la cámara de la que provienen fue realmente un hallazgo sorprendente e importante».
Mapa total del corazón
El estudio también crea un nuevo recurso fundamental para la comunidad científica: un mapa de referencia del corazón para comprender mejor qué es lo que falla en las enfermedades.
Las enfermedades cardiovasculares, como la insuficiencia cardíaca y los accidentes cerebrovasculares, matan a millones en todo el mundo. todos los años. Comprender la genética de estas enfermedades ha sido un desafío sin un mapa celular de referencia de un corazón humano sano.
Para ayudar a poner la genética de la enfermedad cardíaca en un contexto celular, los investigadores combinaron sus datos de núcleo único con datos de asociación genética. de estudios previos de enfermedades basadas en la población. Identificaron los tipos de células dentro del corazón que tienen más probabilidades de desempeñar un papel en las enfermedades cardiovasculares comunes, como el ataque cardíaco y la fibrilación auricular, en las que el corazón late de forma irregular.
Los científicos también buscaron tipos de células cardíacas que expresan genes con vínculos conocidos con la enfermedad, para identificar posibles nuevos objetivos farmacológicos para la enfermedad cardiovascular. Encontraron algunos patrones llamativos. La mayoría de los genes farmacológicos que exploraron se expresaron en solo tres tipos de células cardíacas: células de fibroblastos que fabrican y mantienen el tejido conectivo, cardiomiocitos y células grasas.
En conjunto, estos conocimientos sobre las células individuales del corazón y cómo varían en la salud y la enfermedad permitirán a los investigadores identificar nuevos objetivos terapéuticos en tipos de células específicas de la enfermedad, impulsando los esfuerzos de descubrimiento de fármacos para las enfermedades cardiovasculares.
De hecho, el equipo de investigación pronto comenzará a estudiar células individuales de pacientes con ciertas enfermedades cardíacas para aprender cómo se comportan varios tipos de células cardíacas en una condición de enfermedad.
«Tener esta línea de base saludable es realmente importante, y queremos expandir esto a otras áreas», dijo Tucker. «También hemos compartido este atlas celular con la comunidad científica, y esperamos nuevos conocimientos de otros grupos que trabajan con nuestros datos y de personas que son expertas en tipos de células particulares».
Explore más
Investigadores descubren cómo las células madre reparan el daño de los ataques cardíacos Más información: Nathan R. Tucker et al. Diversidad transcripcional y celular del corazón humano, Circulación (2020). DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.119.045401 Información de la revista: Circulación
Proporcionado por Broad Institute of MIT y Harvard Cita: El mapa de una sola célula del corazón revela una amplia diversidad celular (5 de junio de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-single-cell-heart-reveals-wide-cellular.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.