„Zmiana paliwa” serca może je zregenerować

Jak wykazali naukowcy z University of Texas Southwestern Medical Center, zmieniając “gust” mitochondriów w kardiomiocytach, czyli komórkach mięśnia sercowego można pomóc zregenerować się sercu, co jest szczególnie ważne w przypadku jego niewydolności.

Obecne terapie – w tym stosowanie inhibitorów ACE oraz beta-adrenolityków – skupiają się na próbie zatrzymania błędnego koła utraty mięśnia sercowego, ale nie są sposobem na jego odbudowę. U osób, których serca utraciły znaczącą część kardiomiocytów na skutek działania wirusa, toksyn, nadciśnienia tętniczego czy zawału, zwiększone obciążenie dodatkowo uszkadza pozostały mięsień sercowy. Umiera coraz więcej komórek, a pozostałe muszą pracować jeszcze ciężej.

Dziewięć lat temu Hesham A. Sadek i jego współpracownicy z University of Texas odkryli, że serca ssaków mogą się regenerować, jeśli zostaną uszkodzone w pierwszych dniach życia. Jednak zdolność ta zostaje całkowicie utracona w wieku 7 dni – wówczas podział tych komórek dramatycznie spowalnia.

Dalsze badania wykazały, że ta zmiana zdolności regeneracyjnej może przynajmniej częściowo wynikać ze szkodliwego działania wolnych rodników wytwarzanych przez mitochondria, które dostarczają energii komórkom. Wolne rodniki uszkadzają DNA komórek, co powoduje, że przestają się one dzielić.

Zdaniem naukowców z University of Texas zwiększone wytwarzanie wolnych rodników jest spowodowane zmianą „paliwa” wykorzystywanego przez kardiomiocyty. Chociaż podczas pobytu w macicy i tuż po urodzeniu mitochondria wykorzystują glukozę, kilka dni po urodzeniu przechodzą na kwasy tłuszczowe, aby wykorzystać te wysokoenergetyczne cząsteczki zawarte w mleku matki.

Sadek i jego współpracownicy zastanawiali się, czy zmuszenie mitochondriów do dalszego korzystania z glukozy może zapobiec uszkodzeniu DNA, a tym samym wydłużyć okres regeneracji komórek serca. Przeprowadzili dwa eksperymenty.

W pierwszym z nich obserwowali mysie noworodki, których matki zostały genetycznie zmienione, aby produkowały niskotłuszczowe mleko i które karmiono niskotłuszczową karmą po „odstawieniu od piersi”. Jak się okazało, serca tych gryzoni zachowały zdolność regeneracyjną o całe tygodnie dłużej niż zwykle, a geny związane z podziałem komórkowym w ich kardiomiocytach były aktywne przez znacznie dłuższy czas niż w przypadku myszy karmionych zwykłym mysim mlekiem i karmą dla niemowląt. Jednak efekt ten nie przetrwał do wieku dorosłego – ich wątroby uzupełniały deficyt tłuszczów w diecie syntetyzując je, co znacznie zmniejszyło zdolność regeneracyjną serc.

W drugim eksperymencie naukowcy stworzyli genetycznie zmienione zwierzęta pozbawione enzymu znanego jako kinaza dehydrogenazy pirogronianowej 4 (PDK4), niezbędnego mitochondriom komórek serca do trawienia kwasów tłuszczowych. Kiedy naukowcy podali myszom lek aby wyłączyć produkcję PDK4, kardiomiocyty zwierząt przechodziły na wykorzystywanie glukozy zamiast kwasów tłuszczowych – nawet w wieku dorosłym. Po symulowanym zawale zwierzęta te doświadczyły poprawy czynności serca, której towarzyszyły markery ekspresji genów sugerujące, że ich kardiomiocyty nadal aktywnie się dzielą.

Jak zauważa Sadek, odkrycia te stanowią dowód, że możliwe jest ponowne uaktywnienie regeneracji komórek serca poprzez manipulowanie rodzajem „paliwa” wykorzystywanego przez mitochondria kardiomiocytów. Możliwe, że uda się opracować leki, które zmieniając źródło energii kardiomiocytów umożliwią ich ponowny podział i odwrócenie niewydolności serca. (PAP)