Атлас серця - ТУМ
Здорове серце за життя б’ється близько двох мільярдів разів. Це забезпечується більш ніж 10 000 білками. Дослідники з Інституту біохімії імені Макса Планка (MPIB) та Німецького центру серця в Мюнхені Технічного університету Мюнхена (TUM) зараз зафіксували, які і скільки окремих білків присутні в яких типах клітин. Вони створили перший серцевий атлас здорового серця людини, так званий серцевий протеом. Таким чином, у майбутньому виявляться відмінності між хворими та здоровими серцями.
Білки є молекулярними машинами клітини і виконують безліч функцій. Вони виготовляються з використанням їх інструкцій щодо складання, ДНК. Якщо зміни відбуваються на рівні ДНК або білка, можуть розвинутися захворювання. Для того, щоб такі зміни були визнані причиною серцевих захворювань, важливо знати, де які білки є у здоровому серці та в яких кількостях.
Білкова карта серця
Зараз дослідницька група з Мюнхена опублікувала такий білковий атлас для серця в “Nature Communications”. Для цього вчені визначили повний вміст білка в клітинах у всіх регіонах серця, таких як клапани серця, камери серця та найважливіші кровоносні судини. Вони також досліджували білковий склад у трьох різних типах клітин серця: серцевих фібробластах, клітинах гладкої мускулатури та ендотеліальних клітинах. Як і на карті, вона змогла показати розподіл білків у різних областях серця. За допомогою мас-спектрометрії можна було ідентифікувати майже 11 000 різних білків у всьому серці.
Попередні дослідження здебільшого були зосереджені лише на окремих типах клітин або використаній тканині хворих сердець. «Це спричиняє дві проблеми, - пояснює Софія Лялька з MPIB та перша авторка дослідження, - по-перше, ці результати не давали загальної картини серця з усіма його різними регіонами та тканинами, а по-друге, дані зі здорового серця часто бракували для порівняння. Зараз наше дослідження вирішило обидві проблеми. Дані можуть бути використані як довідкові для подальших досліджень ".
«Погляд на білковий атлас нашого серця показує, що всі здорові серця функціонують дуже однаково. Ми змогли виміряти подібний склад білка в окремих регіонах, який показав лише кілька індивідуальних відмінностей », - говорить Софія Лялька. Також дивувало те, що права і ліва половини серця були схожі, хоча вони виконують різні завдання. Права половина перекачує бідну киснем кров у легені, а ліва половину перекачує багату киснем кров з легенів в організм.
Хворий проти здорового: визнання індивідуальних відмінностей
На наступному етапі автори хотіли перевірити, чи можна також виявити зміни у хворих серцях, використовуючи дані здорових сердець як контроль. Вони порівняли свої значення з серцевими протеомами у пацієнтів з фібриляцією передсердь, дуже поширеною серцевою аритмією. Результати насправді змогли дати початкові підказки щодо причини захворювання: тканина хворого серця найбільше відрізнялася за білками, які відповідали за постачання клітини енергією.
Порівняння дало ще один цікавий результат: Хоча білки енергетичного обміну були змінені у всіх пацієнтів, у кожного були індивідуальні зміни. «Ці результати показують нам, наскільки важлива персоналізована медицина. Хоча всі пацієнти мають дуже схожі симптоми, з даних ми бачимо, що кожен пацієнт має різну основну молекулярну дисфункцію. У майбутньому, особливо в серцевій медицині, нам доведеться навчитися розпізнавати та лікувати такі індивідуальні відмінності », - каже приватний викладач д-р. Маркус Крейн, заступник директора клініки серцево-судинної хірургії Німецького центру серця в Мюнхені при ТУМ.
Майже 11 000 білків менш ніж за два дні
У Клініці серцево-судинної хірургії Німецького центру серця (Мюнхен) (директор: проф. Рюдігер Ланге) Маркус Крейн та його колеги змогли забрати понад 150 зразків тканин із понад 60 операцій на серці та судово-медичні зразки. Різні типи клітин можна отримати з нього в складних процесах культури клітин. Тільки ця велика кількість серцевого матеріалу дозволила так точно вивчити окремі ділянки серця. Професор Маттіас Манн, керівник групи «Протеоміка та передача сигналів» у МПІБ, проводив великі спектрометричні вимірювання мас разом зі своєю командою. Завдяки подальшому розвитку мас-спектрометрії та обробки зразків, вчені перебувають на шляху до персоналізованої медицини.
Команда MPIB надавала великого значення точному, повторюваному та швидкому методу аналізу. Процес вимірювання вдосконалено, завдяки чому цілу область серця тепер можна виміряти менш ніж за два дні - удвічі швидше, ніж раніше. Це особливо важливо для використання на пацієнтах.
Дані незабаром будуть доступні у відкритій базі даних MaxQB.
публікація:
С. Долл, М. Дрессен, П. Е. Гейєр, Д. Іцак, К. Браун, С. Допплер, Ф. Мейєр, М.-А. Дойч, Х. Лам, Р. Ланге, М. Крейн, М. Манн, Регіон та клітинний тип вирішили кількісну протеомічну карту людського серця, Nature Communications, листопад 2017 р., DOI: 10.1038/s41467-017-01747-2