Atlas srdca - TUM
Zdravé srdce bije asi dve miliardy krát za život. To zaisťuje viac ako 10 000 bielkovín. Vedci z Max Planckovho inštitútu pre biochémiu (MPIB) a Nemeckého srdcového centra Mníchov na Technickej univerzite v Mníchove (TUM) teraz zaznamenali, ktoré a koľko jednotlivých proteínov je prítomných v ktorých bunkových typoch. Vytvorili prvý srdcový atlas zdravého ľudského srdca, takzvaný srdcový proteóm. Týmto spôsobom sa v budúcnosti odhalia rozdiely medzi chorými a zdravými srdcami.
Proteíny sú molekulárne stroje bunky a preberajú množstvo funkcií. Vyrábajú sa pomocou svojich montážnych pokynov, DNA. Ak dôjde k zmenám na úrovni DNA alebo bielkovín, môžu sa vyvinúť choroby. Aby bolo možné tieto zmeny rozpoznať ako príčinu srdcových chorôb, je dôležité vedieť, kde a v akom množstve sú bielkoviny, ktoré sú v zdravom srdci.
Proteínová mapa srdca
Vedecký tím z Mníchova teraz zverejnil takýto proteínový atlas pre srdce v dokumente „Nature Communications“. Vedci za týmto účelom stanovili kompletný obsah bielkovín v bunkách vo všetkých oblastiach srdca, ako sú srdcové chlopne, srdcové komory a najdôležitejšie krvné cievy. Okrem toho skúmali zloženie bielkovín v troch rôznych bunkových typoch srdca: srdcových fibroblastoch, bunkách hladkého svalstva a endotelových bunkách. Rovnako ako na mape dokázala ukázať distribúciu bielkovín v rôznych oblastiach srdca. Pomocou hmotnostnej spektrometrie bolo možné v srdci identifikovať takmer 11 000 rôznych proteínov.
Predchádzajúce štúdie sa väčšinou zameriavali iba na jednotlivé typy buniek alebo použité tkanivo z chorých sŕdc. „To so sebou prináša dva problémy,“ vysvetľuje Sophia Doll z MPIB a prvá autorka štúdie. „Po prvé, tieto výsledky neposkytli celkový obraz srdca so všetkými jeho rôznymi regiónmi a tkanivami a po druhé, údaje zo zdravého srdca často na porovnanie chýbali. Naša štúdia teraz vyriešila oba problémy. Údaje môžu byť použité ako referencia pre budúce štúdie. ““
"Pohľad na bielkovinový atlas nášho srdca ukazuje, že všetky zdravé srdcia fungujú veľmi podobne." Podarilo sa nám zmerať podobné zloženie bielkovín v jednotlivých regiónoch, ktoré ukázalo iba niekoľko individuálnych rozdielov, “hovorí Sophia Doll. Prekvapivé tiež bolo, že pravá a ľavá polovica srdca boli si podobné, hoci plnia rôzne úlohy. Pravá polovica pumpuje krv chudobnú na kyslík do pľúc a ľavá polovica pumpuje krv bohatú na kyslík z pľúc do tela.
Chorí vs. zdraví: rozpoznávanie individuálnych rozdielov
V ďalšom kroku chceli autori otestovať, či je možné zistiť zmeny v chorých srdciach aj pomocou údajov zo zdravých sŕdc ako kontroly. Porovnávali ich hodnoty so srdcovými proteómami od pacientov s fibriláciou predsiení, čo je veľmi častá srdcová arytmia. Výsledky boli skutočne schopné poskytnúť prvotné indikácie príčiny ochorenia: tkanivo chorého srdca sa líšilo najviac z hľadiska proteínov, ktoré boli zodpovedné za dodanie energie bunke.
Porovnanie prinieslo ďalší zaujímavý výsledok: Aj keď sa proteíny energetického metabolizmu zmenili u všetkých pacientov, u každého došlo k individuálnym zmenám. "Tieto výsledky nám ukazujú, aký dôležitý je personalizovaný liek." Aj keď všetci pacienti majú veľmi podobné príznaky, z údajov vidíme, že každý pacient má inú základnú molekulárnu dysfunkciu. V budúcnosti, najmä v oblasti srdcového lekárstva, sa budeme musieť naučiť rozpoznávať a liečiť také individuálne rozdiely, “hovorí súkromný lektor Dr. Markus Krane, zástupca riaditeľa kliniky pre kardiovaskulárnu chirurgiu v Nemeckom srdcovom centre v Mníchove na TUM.
Takmer 11 000 bielkovín za menej ako dva dni
Na klinike srdcovej a cievnej chirurgie Nemeckého srdcového centra v Mníchove (riaditeľ: prof. Rüdiger Lange) dokázal Markus Krane a jeho kolegovia zhromaždiť viac ako 150 vzoriek tkaniva z viac ako 60 operácií srdca a forenzných lekárskych vzoriek. Rôzne typy buniek sa z neho dali získať v zložitých procesoch kultivácie buniek. Len toto veľké množstvo srdcového materiálu umožnilo tak presne preskúmať jednotlivé oblasti srdca. Prof. Matthias Mann, vedúci skupiny „Proteomika a signálna transdukcia“ na MPIB, uskutočnil spolu so svojím tímom rozsiahle hmotnostné spektrometrické merania. Vďaka ďalšiemu vývoju hmotnostnej spektrometrie a spracovania vzoriek sú vedci na dobrej ceste k personalizovanej medicíne.
Tím MPIB pripisoval veľký význam presnej, opakovateľnej a rýchlej analytickej metóde. Vylepšil sa proces merania, takže celú oblasť srdca je možné merať za menej ako dva dni - dvakrát rýchlejšie ako predtým. To je obzvlášť dôležité pre použitie u pacientov.
Údaje budú čoskoro k dispozícii v otvorenej databáze MaxQB.
publikácia:
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, Kvantitatívna proteomická mapa ľudského srdca podľa oblasti a typu bunky, Nature Communications, november 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01747-2