Einzelzell-RNA-Sequenzierung deckt neue Mechanismen von Herzerkrankungen auf

11. Mai 2022 – Hypertrophe Kardiomyopathie ist eine Herzerkrankung, die zu einem gestressten, geschwollenen Herzmuskel führt. Aufgrund eines unzureichenden Verständnisses der zugrunde liegenden Mechanismen sind wirksame klinische Behandlungen nicht verfügbar. Die Patienten erhalten generische Herzmedikamente und müssen manchmal am offenen Herzen operiert werden, um überschüssiges Gewebe zu entfernen. Forschern des Hubrecht-Instituts ist es nun gelungen, eine neue revolutionäre Technologie (scRNA-seq) anzuwenden, um zugrunde liegende Krankheitsmechanismen aufzudecken, darunter insbesondere jene, die die Schwellung verursachen. Der umfangreiche „Big Data“-Satz ist eine Fundgrube für neuartige Beobachtungen, die Einblicke in die hypertrophe Kardiomyopathie und potenzielle neue Therapiemöglichkeiten geben. Die Ergebnisse dieser Studie, durchgeführt von Forschern in der Gruppe von Eva van Rooijwurden in der Zeitschrift veröffentlicht Zellberichte am 10. Mai.

Das Herz muss jeden Tag jede Minute pumpen. Bei Patienten mit hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) wird diese Pumpfunktion durch einen Defekt in einem der Moleküle, die die Zugbewegung ausführen, beeinträchtigt. Dies führt zu einer Stressreaktion innerhalb der Muskelzellen und zu einer Schwellung des Herzmuskels, um die verlorene Funktion auszugleichen. Als Folge können bei Patienten typische Herzkrankheitssymptome wie Kurzatmigkeit, Brustschmerzen und Herzrhythmusstörungen (Arrhythmie) auftreten. Bis heute wird die Entwicklung der HCM-Therapie durch mangelndes Verständnis dieser Phänomene behindert.

Zahnräder

Die Operation von HCM-Patienten zur Entfernung von überschüssigem Herzgewebe, das den Blutfluss behindert, bietet Forschern eine einzigartige Gelegenheit, da sie das entfernte Gewebe zur Untersuchung der Krankheit verwenden können. Forscher des Hubrecht-Instituts haben nun die neuartige Einzelzell-RNA-Sequenzierungstechnologie (scRNA-seq) auf dieses Gewebe angewendet, um die Ursprünge von HCM zu enträtseln. Einer der Forscher, Martijn Wehrens, erklärt: „Die menschliche DNA enthält ungefähr 30.000 Gene, effektiv einen Katalog von 30.000 Arten von Zahnrädern, die alle eine Rolle dabei spielen, dass unser Körper funktioniert. Typischerweise konzentriert sich die Forschung auf eine Handvoll Gene, die nach jahrelanger Forschung als wichtig identifiziert wurden. Die scRNA-seq-Technologie ist in der Lage, die Aktivität aller 30.000 Zahnräder auf einmal zu quantifizieren, um ihre Rolle bei der Krankheit zu verstehen.“

Ein Schlüsselmerkmal, das scRNA-seq leistungsfähig macht, ist, dass es einzelne Zellen untersuchen kann. Der menschliche Körper, und auch das Herz, besteht aus vielen Zelltypen, wie Muskelzellen, Blutzellen, Blutgefäßzellen und vielen mehr. Jeder der Zelltypen hat seine eigene Spezialisierung. Wehrens: „Die Untersuchung dieses Gewebes ist wie das Betrachten eines mit Photoshop bearbeiteten Bildes, auf dem eine Katze, ein Hund und ein Vogel verschmolzen sind. Du würdest nicht wissen, was los ist. Bei unserer scRNA-seq-Analyse werden Zellen voneinander getrennt, sodass wir sehen können, was im Herzen vor sich geht. Wie das Trennen der verschmolzenen Fotos von Katze, Hund und Vogel in einzelne. ”

Eine riesige Menge an Informationen

Die Anwendung der Technik auf Herzgewebe aus Operationen ermöglichte es den Forschern, Veränderungen, die während der Krankheit im Herzen auftreten, systematisch zu identifizieren. Sie identifizierten viele neue regulatorische Wechselwirkungen zwischen Genen und wichtigen regulatorischen Akteuren. Eine weitere Neuerung war, dass die Forscher während ihrer Analyse die Zellschwellung aufzeichneten, was die Identifizierung von Genen ermöglichte, die die krankheitsbedingte Schwellung antreiben. Dieses Wissen kann genutzt werden, um neue Medikamente zu entwickeln. Gegenwärtige Medikamente, die HCM-Patienten verabreicht werden, lassen das Herz einfach weniger hart arbeiten und verhindern so übermäßige Schäden. Unter Verwendung der enormen Menge an Informationen, die durch diese Forschung gewonnen wurden, können neue Medikamente entwickelt werden, die tatsächlich auf die zugrunde liegenden Ursachen abzielen und die Herzfunktion erhalten, während sie das Fortschreiten der Krankheit wirksamer reduzieren.

Für mehr Informationen: http://www.hubrecht.eu

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