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Liming Pei博士是费城儿童医院线粒体和表观基因组医学中心的分子生物学家。图片来源：费城儿童医院
科学家利用一种强大的新技术，在20,000个单个细胞核中对RNA进行测序，揭示了对心脏病中生物事件的新见解。在动物研究中，研究人员在健康和患病心脏中鉴定了多种细胞类型，并详细研究了“转录景观”，其中DNA将遗传信息转化为RNA和蛋白质。
“这是我们第一次知道大规模并行单核RNA测序已经应用于出生后的小鼠心脏，它提供了关于正常心脏发育和心脏病的生物事件的大量细节，”研究负责人Liming Pei说。 ，博士，费城儿童医院（CHOP）线粒体和表观基因组学中心（CMEM）的分子生物学家，以及大学佩雷尔曼医学院病理学和检验医学系的助理教授。宾夕法尼亚州。“最终，我们的目标是利用这些知识发现针对心脏病的新靶向治疗方法。此外，这种类型的大规模测序可广泛应用于许多其他医学领域。”
裴和共同研究领导人吴浩博士，也是CMEM和宾夕法尼亚大学遗传学助理教授，于2018年9月25日在Genes＆Development上发表了他们的研究结果。
虽然大多数并行单细胞RNA测序（scRNA-seq）在过去三年中已经可供研究人员使用，但由于心肌细胞的大小，研究出生后心脏中的单个细胞在技术上具有挑战性。
为了能够对大细胞（如肌肉细胞）或具有复杂形态的细胞（如神经元）进行单细胞分析，最近在Wu的实验室以及其他人开发了强大的大规模平行单核测序（snRNA-seq）方法。场。迄今为止，大规模平行的snRNA-seq仅应用于中枢神经系统。Pei及其同事是第一个将该技术用于出生后心脏组织的人。
研究小组使用称为sNucDrop-seq的snRNA-Seq方法分析来自正常和患病小鼠的心脏组织中的近20,000个细胞核。“我们很高兴能够进一步开发sNucDrop-seq并将其应用于哺乳动物的出生后心脏，这些心脏具有重要的医学意义，但很难用标准的scRNA-seq进行研究，”吴说。
目前的研究主要集中在心肌病，这是一组以心肌进行性衰弱为特征的疾病，代表着全球心脏衰竭的主要原因。Pei及其同事使用开发的小鼠模拟一种小儿线粒体心肌病。
“心脏是一个复杂的器官，有许多细胞类型，对哺乳动物的心脏发育和心脏病仍然知之甚少，特别是在出生后期间，”Pei说。“我们的研究提供了三个方面的关键见解：心脏正常发育，心脏病和称为GDF15的心脏激素的基因调控机制。”
测序工具鉴定了心肌细胞的主要类型，例如心肌细胞，成纤维细胞和内皮细胞，以及较罕见的心肌细胞类型。研究小组发现每种细胞类型之间存在很大差异，以及在正常和患病条件下心脏细胞功能变化的迹象。例如，研究人员检测到成纤维细胞的代谢变化，纤维细胞使心脏在心脏病中异常僵硬。
另一个发现涉及调节心脏病心脏激素产生的基因网络 – 特别是GDF15，这会减缓整体身体的生长，可能是为了减少对受损心脏的能量需求。裴说，这种信号可以揭示更多关于生长机制的基础知识，这些机制是先天性心脏病患儿常见的生长受限的基础。
Pei说，如本研究所提供的对心脏生物学的更深入理解可能导致针对关键基因网络的靶向疗法，这些疗法可以为心脏病患者提供更好的治疗方法。
“这项研究是定义高分辨率正常和患病心脏转录景观的第一步，”Pei说，他补充说，他和他的合作者实验室的未来工作将调查心脏病在比生命早期更长的时间跨度上的进展。期。该研究工具还可以提供研究心脏以外器官和系统疾病的机会。
进一步探索：
缺乏CHD4导致肌原纤维异常，心脏缺陷
更多信息：
Peng Hu等，出生哺乳动物心脏细胞多样性和功能成熟的单核转录组学调查，Genes＆Development（2018）。DOI：10.1101 / gad.316802.118
期刊参考：
基因与发展
由…提供：
费城儿童医院
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