Открытие, опубликованное сегодня (вторник, 28 мая) Cell Reports, сосредотачивается на связи между клетками сердца и учитывает потенциал разработки целевых методов лечения, которые помогут людям с риском аритмий и сердечных приступов.
Под руководством старшего автора Джеймса Смита, доцента Центра исследований сердца и репаративной медицины Института биомедицинских исследований Фралина, ученые сосредоточили внимание на том, как обычно упускаемые из виду, нетранслируемые области РНК, фланкирующие генетический код, становятся короче во время старения или в стрессовых условиях.
Небольшое изменение влияет на то, как клетка считывает генетическое сообщение, чтобы создавать белки и строить важные клеточные структуры, включая каналы, которые электрически соединяют клетки сердца вместе, чтобы обеспечить скоординированные сокращения и, как следствие, эффективное перекачивание крови.
«Типичное понимание биологии раньше было столь же простым, как« вот суть, сделай белок », – сказал Смит, который также является доцентом кафедры биологических наук Колледжа наук. "Мы знаем, что это уже не так просто. Это на самом деле динамически регулируется. Если ячейка подчеркнута, это сообщение будет прочитано иначе."
«Используя традиционные средства определения уровней сообщений или уровней РНК в клетках во время стресса или старения, вы не увидите изменений, которые мы видели», – сказал Смит. «Мы сосредоточились на том, как эта непереведенная область может быть изменена во время стресса и как это может повлиять на то, как клетка читает сообщение."
Во время стресса, такого как кислородная недостаточность, которая возникает во время ишемической болезни сердца или инсульта, нетранслируемые области становятся короче, что меняет способ синтеза клеткой кодируемых белковых продуктов и ограничивает межклеточную связь в клетках сердца.
Исследователи сосредоточили свое внимание на гене GJA1, который дает инструкции по выработке коннексина 43, белка щелевых соединений.
Щелевые соединения напрямую связывают содержимое соседних клеток и необходимы для нормальной работы сердца, поскольку они обеспечивают быстрое и организованное распространение электрических импульсов между клетками, вызывающих сокращения сердечной мышцы.
Нарушения этой электрической связи могут привести к дезорганизации сигналов в сердце и привести к нарушениям, которые могут привести к внезапной сердечной смерти.
«Чем больше мы идентифицируем эти молекулярные, очень фундаментальные механизмы, тем точнее мы получим терапию», – сказал Смит. "Манипулируя этой биологией, мы выясняем нижестоящие факторы, действующие на ДНК или РНК.
Надеюсь, мы нашли мощный повод для разработки терапевтических средств, таких как небольшие молекулы для точного и безопасного лечения."
Исследователи изучали сердечные клетки, линии клеток мышей и старую ткань сердца мыши, где они обнаружили увеличение основного белка, кодируемого GJA1, что должно означать более здоровые условия между клетками сердца, но они также наблюдали увеличенные, но усеченные, нетранслируемые области РНК. которые отключают синтез других белков, кодируемых GJA1, которые модулируют образование щелевых соединений.
Ученые также подвергли сердечные клетки, полученные из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток, пониженному содержанию кислорода, что также показало увеличение усеченных, нетранслируемых областей, демонстрируя, что это обычная реакция нетранслируемых областей РНК на физиологический стресс, который сохраняется у всех видов.
Ответ также имеет место в различных клетках.
«Эта активность происходит в раковых клетках, клетках сердца и мозга», – сказал Смит. "Когда мы это увидели, мы поняли, что это мощный элемент биологии, потому что это происходило повсюду."
Исследование является последним результатом более чем четырехлетней работы сотрудников лаборатории Смита и других сотрудников Fralin Biomedical, исследовательского института университетского уровня Технологического института Вирджинии.