Atlasul inimii - TUM
O inimă sănătoasă bate de aproximativ două miliarde de ori într-o viață. Acest lucru este asigurat de peste 10.000 de proteine. Cercetătorii de la Institutul Max Planck pentru Biochimie (MPIB) și Centrul German de Inimă din München de la Universitatea Tehnică din München (TUM) au înregistrat acum care și câte proteine individuale sunt prezente în ce tipuri de celule. Au creat primul atlas cardiac al inimii umane sănătoase, așa-numitul proteom al inimii. În acest fel, diferențele dintre inimile bolnave și cele sănătoase vor fi dezvăluite în viitor.
Proteinele sunt mașinile moleculare ale celulei și preiau o multitudine de funcții. Acestea sunt realizate folosind instrucțiunile de asamblare, ADN-ul. Dacă apar modificări la nivel de ADN sau proteine, se pot dezvolta boli. Pentru ca astfel de modificări să fie recunoscute ca fiind cauza bolilor de inimă, este important să știm unde sunt proteinele prezente în inima sănătoasă și în ce cantități.
Harta proteinelor inimii
O echipă de cercetători din München a publicat acum un astfel de atlas proteic pentru inimă în „Nature Communications”. Pentru a face acest lucru, oamenii de știință au determinat conținutul complet de proteine al celulelor din toate regiunile inimii, cum ar fi valvele cardiace, camerele cardiace și cele mai importante vase de sânge. De asemenea, au examinat compoziția proteinelor în trei tipuri diferite de celule ale inimii: fibroblastele cardiace, celulele musculare netede și celulele endoteliale. Ca pe o hartă, ea a reușit să arate distribuția proteinelor în diferitele zone ale inimii. Cu ajutorul spectrometriei de masă, aproape 11.000 de proteine diferite ar putea fi identificate în toată inima.
Studiile anterioare s-au concentrat în cea mai mare parte numai asupra tipurilor individuale de celule sau a țesuturilor utilizate din inimile bolnave. „Asta aduce cu sine două probleme”, explică Sophia Doll de la MPIB și primul autor al studiului, „În primul rând, aceste rezultate nu au oferit o imagine de ansamblu a inimii cu toate diferitele sale regiuni și țesuturi și, în al doilea rând, datele din inima sănătoasă lipseau adesea pentru comparație. Studiul nostru a rezolvat acum ambele probleme. Datele pot fi utilizate ca referință pentru studii viitoare. "
O privire asupra atlasului proteic al inimii noastre arată că toate inimile sănătoase funcționează foarte similar. Am putut măsura o compoziție proteică similară în regiunile individuale, care a arătat doar câteva diferențe individuale ”, spune Sophia Doll. De asemenea, a fost surprinzător faptul că jumătatea dreaptă și cea stângă a inimii erau la fel, deși îndeplinesc sarcini diferite. Jumătatea dreaptă pompează sânge sărac în oxigen în plămâni, iar jumătatea stângă pompează sângele bogat în oxigen din plămâni în corp.
Bolnav vs. Sănătos: recunoașteți diferențele individuale
În pasul următor, autorii au dorit să testeze dacă datele din inimile sănătoase ca control pot fi folosite și pentru a detecta modificările inimilor bolnave. Ei și-au comparat valorile cu proteomii cardiaci de la pacienții cu fibrilație atrială, o aritmie cardiacă foarte frecventă. Rezultatele au fost de fapt capabile să ofere indicații inițiale ale cauzei bolii: țesutul inimii bolnave diferea cel mai mult în ceea ce privește proteinele responsabile de alimentarea cu energie a celulei.
Comparația a produs un alt rezultat interesant: Deși proteinele metabolismului energetic au fost modificate la toți pacienții, au existat modificări individuale la fiecare. „Aceste rezultate ne arată cât de importantă este medicina personalizată. Deși toți pacienții au simptome foarte asemănătoare, din date observăm că fiecare pacient are o disfuncție moleculară de bază diferită. În viitor, în special în medicina cardiacă, va trebui să învățăm să recunoaștem și să tratăm astfel de diferențe individuale ”, spune lector privat Dr. Markus Krane, director adjunct al Clinicii de Chirurgie Cardiovasculară de la Centrul German de Inimă din München la UTM.
Aproape 11.000 de proteine în mai puțin de două zile
În Clinica pentru Chirurgie Cardiovasculară a German Heart Center München (Director: Prof. Rüdiger Lange) Markus Krane și colegii săi au reușit să colecteze peste 150 de probe de țesut din peste 60 de operații cardiace și probe medicale medico-legale. Diferitele tipuri de celule ar putea fi obținute din acesta în procese complexe de cultură celulară. Numai această cantitate mare de material pentru inimă a făcut posibilă examinarea atât de precisă a zonelor individuale ale inimii. Prof. Matthias Mann, șeful grupului „Proteomică și transducție a semnalului” de la MPIB, a efectuat împreună cu echipa sa măsurători spectrometrice de masă extinse. Datorită dezvoltării în continuare a spectrometriei de masă și a prelucrării probelor, oamenii de știință sunt pe drumul către medicina personalizată.
Echipa de la MPIB a acordat o mare importanță unei metode de analiză precise, repetabile și rapide. Procesul de măsurare a fost îmbunătățit, astfel încât o întreagă regiune cardiacă poate fi acum măsurată în mai puțin de două zile - de două ori mai repede decât înainte. Acest lucru este deosebit de important pentru utilizarea la pacienți.
Datele vor fi disponibile în curând în baza de date deschisă MaxQB.
publicare:
S. Doll, M. Dreßen, P. E. Geyer, D. Itzhak, C. Braun, S. Doppler, F. Meier, M.-A. Deutsch, H. Lahm, R. Lange, M. Krane, M. Mann, Regiune și hartă proteomică cantitativă rezolvată de tip celular al inimii umane, Nature Communications, noiembrie 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01747-2