Bahnbrechende Technik kartiert das Proteom einzelner Kardiomyozyten

Zwei Forschungsteams am Centro Nacional de Investigaciones Cardiovaskuläres Carlos III (CNIC) haben in Spanien eine bahnbrechende Technik zur Charakterisierung des Proteoms einzelner Kardiomyozyten – der Zellen, die für die Herzkontraktion verantwortlich sind – entwickelt.

Die Studie, veröffentlicht in Genombiologiezeigt, dass der Transkriptionsfaktor Myc, der in regenerativen Strategien eingesetzt wird, die Proteinexpression in jeder Zelle unterschiedlich verändert und so eine Subpopulation von Kardiomyozyten mit regenerativem Potenzial erzeugt.

Laut den Studienleitern Miguel Torres und Jesús Vázquez liefern die Ergebnisse wichtige Einblicke in den Wirkmechanismus von Myc auf der Ebene einzelner Kardiomyozyten und bieten neue Möglichkeiten für die Entwicklung zukünftiger regenerativer Therapien.

Alle Organe und Gewebe im Körper bestehen aus verschiedenen Zelltypen, die spezielle Funktionen erfüllen. Im Herzen koexistieren beispielsweise Kardiomyozyten unter anderem mit Fibroblasten, Zellen, die Blutgefäße auskleiden, und verschiedenen Immunzellen.

Neuere Forschungen haben gezeigt, dass selbst Zellen des gleichen Typs nicht identisch sind. Einige weisen unterschiedliche Merkmale und Funktionen auf und bilden spezialisierte Subpopulationen, die spezifische Rollen bei der Gewebefunktion und der Krankheitsentwicklung spielen.

Die Untersuchung dieser zellulären Vielfalt hat in den letzten Jahren die biomedizinische Forschung verändert und neue Erkenntnisse in Bereichen wie Krebs, neurodegenerativen Erkrankungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen geliefert. Die systematische Analyse der in einzelnen Zellen vorhandenen Proteine ​​bleibt jedoch eine große technologische Herausforderung und schränkt die Fähigkeit der Wissenschaftler ein, die Funktionsweise gesunder und kranker Gewebe vollständig zu verstehen.

In der neuen Studie entwickelten CNIC-Wissenschaftler in Zusammenarbeit mit Partnern am Karolinska-Institut in Stockholm (Schweden) eine Technologie zur Charakterisierung des Proteoms (des vollständigen Satzes exprimierter Proteine) einzelner aus dem Herzen isolierter Kardiomyozyten.

Diese neue Methode wurde durch die Kombination optimierter Zellisolationsprotokolle, modernster Massenspektrometrietechniken und neuer bioinformatischer und statistischer Algorithmen entwickelt.

Dr. Jesús Vázquez, Studienleiter

Das Herz erwachsener Säugetiere verfügt über eine geringe Regenerationsfähigkeit und kann Zellen, die durch Herz-Kreislauf-Ereignisse oder Erkrankungen geschädigt wurden, nicht wirksam ersetzen.

Frühere Arbeiten der Gruppe von Miguel Torres zeigten, dass die Expression des Transkriptionsfaktors Myc im erwachsenen Herzen die Genesung nach einem Myokardinfarkt fördert. Diese Studien, erklärt Dr. Torres, zeigten, dass „Myc ein großes Potenzial für die Entwicklung regenerativer Therapien hat; sein Wirkmechanismus und seine Auswirkungen auf Kardiomyozyten – insbesondere auf Einzelzellebene – blieben jedoch unbekannt.“

In der vorliegenden Studie verwendeten die Forscher ihre neue Methode der Einzelzell-Proteomik, um die Auswirkungen der Myc-Expression in erwachsenen Kardiomyozyten zu analysieren.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Myc-Expression die Spiegel der Stoffwechselenzyme in jeder einzelnen Zelle unterschiedlich verändert, was zu unterschiedlichen Zuständen zellulärer Unreife führt und eine Subpopulation von Kardiomyozyten mit regenerativem Potenzial entstehen lässt“, sagt Erstautorin der Studie, Consuelo Marín-Vicente.

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