Nový výzkum se zaměřuje na regeneraci srdečního svalu po infarktu
Nová studie publikovaná v časopise *Journal of Molecular and Cellular Cardiology* popisuje, že částečné buněčné přeprogramování zmírňuje poškození myokardu po infarktu u myší. Tento efekt je pozorován díky podpoře srdečních svalových buněk k dokončení dělení [1].
Regenerační kapacita srdečního svalu
Když infarkt myokardu (IM) zničí část srdečního svalu, dospělé savčí srdce tuto ztrátu nedokáže účinně nahradit. Ztracené kontraktilní svalové buňky, kardiomyocyty (CMs), se významně neregenerují. Místo toho se srdce hojí jizvovou tkání, což časem vede k srdečnímu selhání [2].
Dospělé kardiomyocyty ztrácejí regenerační kapacitu z několika důvodů. Jedním z nich je, že zralé kardiomyocyty získávají pevnou, vysoce organizovanou vnitřní strukturu kontraktilního aparátu nazývaného sarkomera. Sarkomery jsou opakující se proteinové jednotky, které generují sílu při tlukotu srdce. Tato struktura je účinná pro pumpování krve, avšak představuje překážku pro buněčné dělení, jelikož dělení vyžaduje demontáž vnitřní buněčné struktury.
Další faktor spočívá v tom, že dospělé kardiomyocyty často obsahují více než obvyklé dvě sady chromozomů (polyploidní) nebo mají více než jedno jádro na buňku (vícejaderné). K tomu dochází, protože mohou vstoupit do buněčného cyklu a replikovat DNA, avšak nedokončí závěrečný krok, kterým je cytokineze – fyzické rozdělení jedné buňky na dvě dceřiné buňky [3].
Autoři studie tento stav přirovnávají k otevření kohoutku bez uvolnění ucpaného odtoku: kardiomyocyty jsou nuceny k replikaci DNA, ale pokud se nemohou fyzicky dělit, nevznikají žádné nové srdeční buňky. Ve snaze tento proces „uvolnit“ vědci indukovali částečné přeprogramování kardiomyocytů pomocí tří ze čtyř klasických „Jamanakových faktorů“: OCT4, SOX2 a KLF4 (označované jako OSK). Záměrem bylo pomoci buňkám demontovat jejich sarkomery a dokončit plné dělení.
Mechanismus částečného přeprogramování
Overexprese OSK u kardiomyocytů novorozených i dospělých myší vedla ke snížení exprese srdečního troponinu T, sarkomerového proteinu, který je markerem identity zralých kardiomyocytů. Zároveň došlo k narušení pruhované, organizované sarkomerové architektury. Profil genové exprese se posunul z profilu dospělé srdeční buňky zpět k buňce embryonální, což naznačuje dediferenciaci bez ztráty buněčné identity.
Použití celého koktejlu čtyř faktorů, OSKM (M značí c-Myc), mělo srovnatelný účinek, avšak na rozdíl od OSK také produkovalo klonální shluky rychle se dělících buněk, které ztratily své kardiomyocytové markery. Autoři interpretují tento jev jako neregulovanou proliferaci, blížící se pre-tumorigennímu stavu, v protikladu k řízené dediferenciaci pozorované u OSK.
Je známo, že c-Myc je onkogen; byl uznán jako faktor přispívající k rozvoji rakoviny ještě předtím, než jej tým Jamanaky zařadil do původního koktejlu, kde působí tlumením buněčných brzd, které normálně zabraňují nekontrolovatelnému dělení. Je nezbytný pro kompletní přeprogramování a tvorbu indukovaných pluripotentních kmenových buněk (iPSCs), nikoli však pro částečné přeprogramování.
Vzhledem k tomu, že dediferenciace je považována za předpoklad pro regeneraci srdce – jak je pozorováno u ryb Zebrafish a novorozených myší – byla položena otázka, zda OSK také řídí opětovný vstup do buněčného cyklu. OSKM a samotný c-Myc výrazně posunovaly buňky do cyklu, což potvrzuje klasický proliferační účinek c-Myc, avšak OSK tak nečinil. Centrální otázkou studie se tedy stalo: Pokud OSK nezpůsobuje častější dělení buněk, jak může pomoci srdci regenerovat?
Vědci zjistili, že ačkoliv OSK nezvýšil počet buněk „pokoušejících se“ o dělení, podstatně více buněk, které se pokusily, dokončilo dělení úspěšně. To naznačuje, že OSK vyřešil problém „ucpaného odtoku“. Tuto hypotézu podporuje skutečnost, že OSK ošetřené kultury měly více jednojaderných buněk a méně dvoujaderných buněk, což je v souladu s úspěšným buněčným dělením.
Výsledky v živých organismech
Pro ověření účinnosti v živých organismech vědci aplikovali OSK do srdcí novorozených myší pomocí viru (AAV) zacíleného na srdeční buňky. Po dvou týdnech srdce vykazovala stejný vzorec jako *in vitro*: dediferencované buňky, rozebrané sarkomery a více dokončených cytokinezí.
Nicméně, když exprese OSK pokračovala po dobu čtyř týdnů, srdce vyvinula kombinaci ztenčených stěn, zvětšených komor a oslabeného pumpování (dilatační kardiomyopatie), což naznačuje, že prodloužená dediferenciace se stává škodlivou. U dospělých myší stejná doba exprese OSK nezpůsobila žádné zjevné poškození; zdá se, že dospělá srdce tolerují OSK lépe než vyvíjející se. To může také znamenat, že načasování a délka léčby budou důležité pro klinické využití.
V rámci závěrečného a klíčového testu vědci vyvolali srdeční infarkty a současně aplikovali OSK. Během následujícího měsíce myši ošetřené OSK, ve srovnání s kontrolními skupinami, vykazovaly lepší pumpování krve (vyšší ejekční frakce) ve 14. a 28. dni, méně jizvení (fibrózy) a více dělících se srdečních buněk, zejména v blízkosti místa poranění. Měly také menší jednotlivé srdeční buňky, což naznačuje menší kompenzační zvětšení. Jinými slovy, nové buňky sdílely zátěž.
Širší souvislosti
Gerontolog David Sinclair z Harvardu, který se na této nové studii nepodílel, ale jehož tým již úspěšně využil OSK k obnovení zraku u zvířecích modelů, se k výsledkům vyjádřil. Zdůraznil, že dospělé srdeční buňky se významně nedělí, což je důvod, proč se srdce hojí jizvovou tkání namísto regenerace. Toto základní omezení definuje kardiologii po desetiletí. Již v roce 2020 OSK obnovil funkci poškozených neuronů. Nyní je stejný princip zkoumán v srdci, což navazuje na výsledky již pozorované v oku, mozku, játrech a kůži.
Doktor Sinclair dodal, že tato zjištění jsou v souladu s jeho Informační teorií stárnutí, která předpokládá, že buňky disponují „záložní kopií“ své mladistvé epigenetické výbavy, kterou lze obnovit buněčným přeprogramováním. Podle této teorie si buňky uchovávají instrukce pro opravu; stárnutí je ztráta přístupu k nim. Obnovení této informace pak vede k regeneraci.
Literatura
[1] Yan, Y., Huang, Y., Cao, C., Li, D., Che, Y., Wang, Q., … & Wang, L. (2026). OSK-mediated partial reprogramming induces cardiomyocyte dedifferentiation, overcomes cytokinesis barriers, and promotes post-MI endogenous cardiac regeneration. Journal of Molecular and Cellular Cardiology.
[2] Frangogiannis, N. G. (2015). Pathophysiology of myocardial infarction. Comprehensive physiology, 5(4), 1841-1875.
[3] Derks, W., & Bergmann, O. (2020). Polyploidy in cardiomyocytes: roadblock to heart regeneration?. Circulation research, 126(4), 552-565.