Сърдечният атлас - ТУМ

Здравото сърце бие около два милиарда пъти през живота си. Това се осигурява от повече от 10 000 протеини. Сега изследователи от Института по биохимия на Макс Планк (MPIB) и Немския център за сърце Мюнхен към Техническия университет в Мюнхен (TUM) вече са регистрирали кои и колко отделни протеини присъстват в кои типове клетки. Те създадоха първия сърдечен атлас на здравото човешко сърце, така наречения сърдечен протеом. По този начин в бъдеще могат да бъдат открити разлики между болни и здрави сърца.

здрави сърца

Протеините са молекулярните машини на клетката и поемат множество функции. Те са направени с помощта на техните инструкции за сглобяване, ДНК. Ако настъпят промени на ниво ДНК или протеин, могат да се развият заболявания. За да бъдат признати такива промени като причина за сърдечни заболявания, е важно да се знае къде кои протеини присъстват в здраво сърце и в какви количества.

Протеинова карта на сърцето

Сега изследователски екип от Мюнхен публикува такъв протеинов атлас за сърцето в „Nature Communications“. За целта учените определиха пълното съдържание на протеини в клетките във всички области на сърцето, като сърдечни клапи, сърдечни камери и най-важните кръвоносни съдове. Те също така изследват протеиновия състав в три различни клетъчни типа на сърцето: сърдечните фибробласти, гладкомускулните клетки и ендотелните клетки. Както на карта, тя успя да покаже разпределението на протеините в различните области на сърцето. С помощта на масова спектрометрия в сърцето могат да бъдат идентифицирани почти 11 000 различни протеина.

Предишни проучвания са се фокусирали предимно върху отделни клетъчни типове или използвана тъкан от болни сърца. „Това носи два проблема - обяснява София Кукла от MPIB и първият автор на изследването -„ Първо, тези резултати не предоставят цялостна картина на сърцето с всичките му различни региони и тъкани, и второ, данните от здравото сърце често липсват за сравнение. Нашето проучване вече е решило и двата проблема. Данните могат да се използват като ориентир за бъдещи изследвания. "

„Погледът към белтъчния атлас на нашето сърце показва, че всички здрави сърца функционират много подобно. Успяхме да измерим подобен протеинов състав в отделните региони, който показа само няколко индивидуални разлики “, казва София Кукла. Изненадващо беше също така, че дясната и лявата половина на сърцето си приличат, въпреки че изпълняват различни задачи. Дясната половина изпомпва бедната на кислород кръв в белите дробове, а лявата половина изпомпва богатата на кислород кръв от белите дробове в тялото.

Болни срещу Здравословни: разпознавайте индивидуалните различия

В следващата стъпка авторите искат да проверят дали промените в болните сърца също могат да бъдат открити, като се използват данните от здрави сърца като контрола. Те сравняват своите стойности със сърдечни протеоми от пациенти с предсърдно мъждене, много често срещана сърдечна аритмия. Резултатите всъщност успяха да дадат първоначални индикации за причината за заболяването: тъканта на болното сърце се различаваше най-много по отношение на протеини, които бяха отговорни за енергийното снабдяване на клетката.


Сравнението даде друг интересен резултат: Въпреки че протеините на енергийния метаболизъм бяха променени при всички пациенти, имаше индивидуални промени при всеки. „Тези резултати ни показват колко важна е персонализираната медицина. Въпреки че всички пациенти имат много сходни симптоми, от данните виждаме, че всеки пациент има различна основна молекулярна дисфункция. В бъдеще, особено в сърдечната медицина, ще трябва да се научим да разпознаваме и лекуваме такива индивидуални различия “, казва частният преподавател д-р. Маркус Крейн, заместник-директор на Клиниката по сърдечно-съдова хирургия в Германския сърдечен център Мюнхен при TUM.

Почти 11 000 протеина за по-малко от два дни

В Клиниката по сърдечно-съдова хирургия на Германския сърдечен център Мюнхен (директор: проф. Рюдигер Ланге) Маркус Кран и колегите му успяха да съберат над 150 проби от тъкан от над 60 сърдечни операции и съдебно-медицински проби. Различните видове клетки могат да бъдат получени от него в сложни процеси на клетъчна култура. Само това голямо количество сърдечен материал даде възможност да се изследват отделно отделните области на сърцето толкова точно. Проф. Матиас Ман, ръководител на групата „Протеомика и трансдукция на сигнала“ в MPIB, извърши обширните масови спектрометрични измервания заедно със своя екип. Поради по-нататъшното развитие на масова спектрометрия и обработка на проби, учените са на път към персонализираната медицина.

Екипът на MPIB отдава голямо значение на прецизен, повторяем и бърз метод за анализ. Процесът на измерване е подобрен, така че цяла област на сърцето вече може да бъде измерена за по-малко от два дни - два пъти по-бързо от преди. Това е особено важно за употреба при пациенти.

Данните скоро ще бъдат достъпни в отворената база данни MaxQB.

публикация:

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, Регион и клетъчен тип, разрешена количествена протеомична карта на човешкото сърце, Nature Communications, ноември 2017 г., DOI: 10.1038/s41467-017-01747-2