La sobreexpresión de TBX20 conduce a una mejora funcional de los hiCM. A, Cuantificación de cardiomiocitos inducidos por humanos (hiCM) latiendo observados derivados de fibroblastos derivados de H9 (H9F) después de 1 mes de cultivo conjunto con cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas por humanos (iPSC-CM; n = 10 para cada grupo, repetido 2 veces de forma independiente). B, El rastreo y las mediciones de imágenes de microscopía muestran transitorios de calcio en MGT + vector vacío (EV) o células cocultivadas MGT+TBX20 como se indica en A. C, Cuantificación del pico medido ΔF/F0 en hiCM cocultivadas (n = 33 , repetido 2 veces de forma independiente). D, Imágenes de fluorescencia de campo claro y GFP (proteína fluorescente verde) que muestran hiCM individuales inducidos por MGT+TBX20 después del cocultivo. El panel derecho muestra las trazas ópticas seleccionadas del potencial de membrana (Vm) durante el latido espontáneo con una duración de ciclo de 270 ms. E, Análisis de enriquecimiento de conjuntos de genes de datos de secuenciación de ARN de hiCM derivados de H9F que muestran las características distintivas enriquecidas en genes TBX20 regulados al alza y a la baja. F, Imágenes representativas y cuantificación del contenido de mitocondrias marcadas con MitoTracker en troponina T cardíaca (cTnT)+ hiCM derivadas de H9F (n=20 por grupo). Barras de escala, 10 μm. G, resultados de la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa de transcripción inversa que muestran la proporción relativa del ADN de las mitocondrias con respecto al ADN genómico total en los hiCM derivados de H9F (n = 6 por grupo). H, perfil representativo de la tasa de consumo de oxígeno analizado a partir del ensayo Seahorse de mito-estrés en hiCM derivados de H9F (n = 10 por grupo, repetido 3 veces de forma independiente). I, Cuantificación de la respiración basal, respiración máxima, fuga de protones, capacidad respiratoria de reserva, producción de trifosfato de adenosina (ATP) y capacidad respiratoria de reserva como porcentaje en hiCM tratados con MGT+TBX20 o MGT+EV de H9F (n=10 por grupo ). J, perfil representativo de la tasa de acidificación extracelular analizado a partir del ensayo Seahorse de estrés por glucosa en hiCM tratados con TBX20 o tratados con EV derivados de H9F (n = 10 por grupo). K, Cuantificación de la glucólisis, la capacidad glucolítica y la reserva glucolítica en hiCM derivados de H9F transducidos con TBX20 o EV (n = 10 por grupo). Todos los datos se expresan como media ± SEM (A, C, F, G, I y K, prueba t de Student). *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001, ****P<0,0001. ECAR indica la tasa de acidificación extracelular; FDR, tasa de descubrimiento falso; y OCR, tasa de consumo de oxígeno. Crédito: Circulación (2022). DOI: 10.1161/CIRCULACIÓN AHA.122.059713
Los corazones de los mamíferos casi no tienen la capacidad de desarrollar nuevas células del músculo cardíaco, llamadas cardiomiocitos, después del nacimiento. Por lo tanto, el tejido muerto después de un ataque cardíaco en un adulto no se repara con nuevos cardiomiocitos. En cambio, se reemplaza con tejido cicatricial que debilita el poder de bombeo del corazón y, a menudo, provoca insuficiencia cardíaca.
Una estrategia prometedora para remuscularizar el corazón lesionado es la reprogramación cardíaca directa de las células de fibroblastos cardíacos en cardiomiocitos. En un artículo publicado en CirculaciónLos investigadores de la Universidad de Alabama en Birmingham, Yang Zhou, Ph.D., y Rui Lu, Ph.D., identificaron a TBX20 como el factor de transcripción faltante clave en los cócteles existentes para la reprogramación cardíaca directa de fibroblastos humanos.
Agregar TBX20 al cóctel de reprogramación MGT 133 promovió la reprogramación cardíaca y activó genes asociados con la contractilidad cardíaca, la maduración y la ubicación ventricular de la célula del músculo cardíaco. Mecánicamente, encontraron que TBX20 se colocaliza sinérgicamente con los factores de reprogramación MGT en los potenciadores de genes cardíacos, lo que provoca una activación sólida de los genes diana.
«Nuestro estudio destaca el papel no documentado de TBX20 como un regulador vital de la reprogramación cardíaca humana directa», dijo Zhou. «Mejorar la eficiencia y la calidad de la reprogramación cardíaca directa a partir de fibroblastos humanos es un paso fundamental en la traducción clínica de esta tecnología».
Un área importante para futuras investigaciones, dice Zhou, será probar TBX20 in vivo para la reprogramación directa.
Los cócteles actuales para la reprogramación directa de fibroblastos humanos tienen una baja eficiencia y una producción insuficiente de cardiomiocitos funcionales. Los investigadores de la UAB identificaron TBX20 como el factor más infraexpresado cuando compararon los cardiomiocitos inducidos a partir de fibroblastos con un cóctel actual frente a los cardiomiocitos funcionales.
La adición de TBX20 promovió la reprogramación cardíaca, como se ve en la activación de genes cardíacos relacionados con la estructura del sarcómero, los canales iónicos y las contracciones cardíacas. Un sarcómero es la unidad funcional más pequeña del músculo estriado.
Los fibroblastos del corazón humano del ventrículo serán el objetivo principal para la evaluación de la reprogramación in vivo. Zhou y sus colegas demostraron que TBX20 era esencial en la reprogramación de estos fibroblastos a cardiomiocitos inducidos, lo que sugiere un potencial terapéutico para TBX20.
En detalle, TBX20 activó principalmente genes en la última etapa de la reprogramación, mejorando el flujo de calcio, la contractilidad y la función mitocondrial en los cardiomiocitos inducidos. Las mitocondrias son la fuente de energía para las contracciones del músculo cardíaco. TBX20 pareció ayudar a las mitocondrias en los cardiomiocitos inducidos a cambiar a una respiración similar a la de los cardiomiocitos adultos.
De manera mecánica, los investigadores de la UAB descubrieron que TBX20 estaba unido a potenciadores de genes cardíacos y los activaba. Un potenciador es un elemento regulador corto en el ADN que puede unirse a proteínas activadoras para iniciar la transcripción o aumentar la transcripción de un gen objetivo en particular. La transcripción es la producción de ARN mensajero copiado del gen de ADN para codificar una proteína. Los potenciadores a menudo funcionan a una distancia de su gen objetivo.
Zhou y sus colegas encontraron que esta unión potenciadora por TBX20 requería los tres factores del cóctel MGT para ayudar a activar los genes cardíacos. TBX20 solo no fue suficiente para inducir la conversión del destino de las células cardíacas; la omisión de cualquiera de los tres factores MGT redujo sustancialmente la eficiencia de la reprogramación.
«Juntos, nuestros hallazgos demuestran que TBX20 requiere factores MGT intactos para promover la reprogramación directa y activar los genes cardíacos, y respaldan la idea de que la reprogramación cardíaca directa es un proceso regulado sinérgicamente orquestado por múltiples factores», dijo Zhou.
El perfil de secuenciación de ARN de una sola célula identificó dos grupos principales de células después de la reprogramación con TBX20. Uno era cardiomiocitos inducidos reprogramados, pero el otro grupo solo estaba parcialmente reprogramado. El grupo de cardiomiocitos reprogramados tenía perfiles de expresión génica que se asemejaban a los cardiomiocitos ventriculares.
Científicos descubren proteínas asociadas que podrían curar el músculo cardíaco
TBX20 mejora la contractilidad y la función mitocondrial durante la reprogramación cardíaca humana directa, Circulación (2022). DOI: 10.1161/CIRCULACIÓN AHA.122.059713
Citación: TBX20 mejora la reprogramación de fibroblastos cardíacos en células musculares cardíacas (21 de octubre de 2022) recuperado el 22 de octubre de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-10-tbx20-reprogramming-heart-fibroblasts-muscle.html
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