DNA Blueprint Maps Wie ein Herz ein Herz wird

Mit Stammzellentechnologie, DNA-Sequenzierung und Computerwerkzeugen der nächsten Generation haben Forscher der Gladstone Institute in Kalifornien und anderen akademischen Zentren kartiert, wie aus einem Herzen ein Herz wird, das einen genomischen und epigenomischen Bauplan für die genaue Reihenfolge und das Timing von Hunderten enthüllt von "genetischen Schaltern" vom embryonalen Stammzellenstadium bis zum voll funktionsfähigen Herzen.
Die Forscher schreiben in der Online - Ausgabe vom 13. September über ihre Arbeit Zelle.
Die Ergebnisse bringen Hoffnung auf neue Behandlungen für Menschen mit lebensbedrohlichen Herzfehlern geboren wie unregelmäßiger Herzschlag (Arrhythmie) und Loch im Herzen (Ventrikelseptumdefekt).
Benoit Bruneau, Associate Director of Cardiovascular Research bei Gladstone, einer unabhängigen, gemeinnützigen biomedizinischen Forschungsgruppe, berichtet der Presse in einer Stellungnahme:

"Angeborene Herzfehler sind die häufigste Form von Geburtsfehlern und betreffen jedes Jahr mehr als 35.000 Neugeborene in den Vereinigten Staaten."
"Aber wie sich diese Defekte auf der genetischen Ebene entwickeln, war schwer zu bestimmen, weil sich die Forschung auf eine kleine Gruppe von Genen konzentriert. Hier nähern wir uns der Herzbildung mit einer Weitwinkellinse von die Gesamtheit des genetischen Materials betrachten, das den Herzzellen ihre einzigartige Identität gibt," er erklärt.

Von Datenbergen zu lesbarem Blueprint

Für ihre Studie nahm das Team embryonale Stammzellen von Mäusen, legte sie in eine Kultur, die der embryonalen Entwicklung ähnelte und reprogrammierte sie zu schlagenden Herzzellen.

Die Forscher hoffen, dass diese neuen Erkenntnisse die Tür zu Behandlungsmöglichkeiten für Menschen mit lebensbedrohlichen Herzfehlern öffnen.Dieser Teil des Prozesses wurde abgeschlossen: Denn wie Wissenschaftler zunehmend feststellen, entscheiden nicht nur diese Zellen darüber, wie ein Organ zu einem Organ wird, sondern auch, wie die Gene in verschiedenen Stadien der Entwicklung ein- und ausgeschaltet werden : die epigenomischen Signaturen.
Für diesen Teil des Experiments extrahierten sie DNA aus sich entwickelnden und reifen Herzzellen, weil sie die in die DNA geschriebenen epigenetischen Signaturen enthalten. Sie taten dies mit CHIP-Seq, einem fortschrittlichen Gensequenzierungs-Tool.
Aber selbst dies reichte nicht aus, um ihnen einen vollständigen, funktionierenden Entwurf zu geben, wie Jeffrey Alexander, Co-Hauptautor und Absolvent von Gladstone und Universität von Kalifornien, San Francisco (UCSF), mit dem Gladstone verbunden ist, erklärt:
"... einfach diese Unterschriften zu finden, war nur die halbe Miete - wir mussten als nächstes entschlüsseln, welche Aspekte der Herzbildung sie kodierten."
"Um das zu erreichen, nutzten wir die Rechenleistung des Gladstone Bioinformatics Core. Dies ermöglichte es uns, die Berge von Daten aus der Gensequenzierung in einen lesbaren, aussagekräftigen Plan für ein Herz zu verwandeln", fügte er hinzu.

Einige unerwartete Entdeckungen

Die Forscher haben einige überraschende Entdeckungen gemacht: Sie fanden nicht nur ganze Gruppen neuer Gene, die an der Herzbildung beteiligt sind, sondern auch, wie sie mit bereits bekannten Genen interagieren.
Sie fanden auch, dass Gruppen von Genen in Herzzellen zusammenwirken und in bestimmten Stadien der Embryonalentwicklung zusammen- und wieder abschalten.

Implikationen für die Gesundheit des menschlichen Herzens

Die Forscher vermuten, dass ihre Entdeckungen wichtige Auswirkungen auf die Gesundheit des menschlichen Herzens haben: Indem sie eine detaillierte Karte zusammenstellen, wie Gene das Herz kontrollieren, glauben sie, dass sie auch entdecken können, wie Krankheit diesen fein kontrollierten Prozess stört.
Sie sagen mit a Ein besseres Verständnis dafür, wie komplexe genetische und epigenetische Muster genau reguliert werden, machen die Entwickler besser in der Lage, Behandlungen zu finden, die Störungen dieser Muster durch Krankheiten verhindern, eingreifen oder ihnen entgegenwirkenzum Beispiel um Kindern mit angeborenen Herzfehlern zu helfen.
Bruneau, der auch Professor für Pädiatrie an der UCSF ist, sagt, dass sie nun die DNA von Patienten mit angeborenen Herzfehlern untersuchen wollen, in der Hoffnung, dass sie "die spezifische genetische Störung, die ihren Herzfehler verursacht hat, ausfindig machen".
"Sobald wir diese Störung erkannt haben, können wir beginnen, Wege zu finden, um die normale Genfunktion während der frühen Herzbildung wiederherzustellen - und die Anzahl der Babys mit schwächenden und manchmal tödlichen angeborenen Herzfehlern zu reduzieren", fügt er hinzu.
Geschrieben von Catharine Paddock