Wrodzone wady serca dotyczą około dwojga na każde 100 noworodków na świecie. Przyczyny tych nieprawidłowości są złożone, a w wielu przypadkach nie są w pełni poznane. Naukowcy z Uniwersytetu Kopenhaskiego opisali właśnie wcześniej nieznany mechanizm działający na powierzchni komórek, który może odgrywać ważną rolę w kształtowaniu serca podczas rozwoju zarodka. Wyniki opublikowano w czasopiśmie PLOS Biology.
Komórkowa antena kieruje rozwojem serca
Badany mechanizm znajduje się w rzęsce pierwotnej, nazywanej przez badaczy także mikroskopijną anteną komórki. Jest to niewielka struktura wystająca z powierzchni większości komórek organizmu. Jej zadaniem jest odbieranie i interpretowanie cząsteczek sygnałowych z otoczenia. Dzięki tym informacjom komórka może między innymi dostosować podział, ruch, przeżycie lub dalsze różnicowanie. W czasie rozwoju zarodka precyzyjne przekazywanie takich sygnałów jest potrzebne, aby komórki w odpowiednim momencie przyjęły właściwą funkcję i utworzyły prawidłowe tkanki.
W nowym badaniu naukowcy wskazali, że w rzęsce pierwotnej działa układ złożony z trzech białek: TAK1, TAB2 i PKA-Cα. Białka te tworzą rodzaj centrum sygnałowego uczestniczącego w niekanonicznej sygnalizacji TGFβ/BMP. Według autorów układ przekazuje komórkom macierzystym informacje o tym, kiedy i w jaki sposób powinny rozwijać się w komórki mięśnia sercowego. Jeśli zmiana w jednym z odpowiednich genów zaburzy komunikację, może dojść do nieprawidłowego rozwoju serca.
- Około dwojga na 100 noworodków na świecie ma wrodzoną wadę serca.
- W centrum opisanego mechanizmu znajdują się białka TAK1, TAB2 i PKA-Cα.
- Naukowcy połączyli analizę wariantów genetycznych z doświadczeniami na danio pręgowanym, komórkach ludzkich i komórkach macierzystych myszy.
- Warianty badanego układu powiązano z syndromowymi wrodzonymi wadami serca, które mogą obejmować także inne narządy.
Od danych pacjentów do doświadczeń na zwierzętach
Badanie przeprowadzono z wykorzystaniem kilku uzupełniających się metod. Najpierw naukowcy przeanalizowali dane genetyczne kilku tysięcy osób z wrodzonymi wadami serca. Poszukiwali rzadkich zmian w genach związanych z opisanym układem i sprawdzali, czy występują one częściej u pacjentów niż u osób bez takich wad. Taki etap pozwolił wytypować warianty, które mogły mieć znaczenie dla rozwoju choroby, ale sama obserwacja genetyczna nie wystarcza do określenia, w jaki sposób zmiana wpływa na organizm.
Dlatego te same zmiany genetyczne wprowadzono następnie za pomocą inżynierii genetycznej do organizmów danio pręgowanego. W tym modelu obserwowano rozwój serca oraz jego funkcjonowanie. Doświadczenia wykazały, że zaburzenia w badanych genach mogą prowadzić do nieprawidłowości budowy serca i osłabienia jego funkcji u ryb. Naukowcy wykonali także doświadczenia na komórkach ludzkich oraz na komórkach macierzystych myszy. Pozwoliło im to prześledzić działanie mechanizmu na poziomie molekularnym i sprawdzić, co dzieje się po zakłóceniu odpowiednich szlaków sygnałowych.
Wyniki wskazują na związek z wadami syndromowymi
Połączenie danych od pacjentów z wynikami doświadczeń skierowało badaczy do rzęski pierwotnej jako miejsca działania badanego mechanizmu. Autorzy podkreślają, że obserwacje pochodziły z wielu różnych modeli i metod, a ich wyniki były zgodne z tym, co zauważono w danych klinicznych. Na tej podstawie uznają, że mechanizm prawdopodobnie występuje także u ludzi. Nie oznacza to jednak, że każde zaburzenie rzęski pierwotnej prowadzi do wady serca ani że odkrycie pozwala już przewidywać przebieg choroby u konkretnej osoby.
Rzadkie warianty genetyczne zostały zidentyfikowane u pacjentów z syndromowymi wrodzonymi wadami serca. W takich przypadkach nieprawidłowość serca jest częścią szerszego zespołu genetycznego i może współwystępować z problemami dotyczącymi innych narządów. Wyniki eksperymentów na danio pręgowanym oraz szczegółowe analizy rzęsek w różnych tkankach sugerują, że badany mechanizm może mieć znaczenie nie tylko dla serca, lecz także dla rozwoju mózgu, nerek i szkieletu.
Znaczenie odkrycia i ograniczenia badań
Zdaniem autorów mechanizm w rzęsce pierwotnej może stanowić wspólne ogniwo łączące część wad serca z nieprawidłowościami innych narządów. Taki sposób patrzenia na chorobę pomaga wyjaśnić, dlaczego u niektórych pacjentów objawy nie ograniczają się do układu krążenia. Może też ułatwić dalsze badania nad rzadkimi chorobami genetycznymi, w których zmiany dotyczą genów wpływających na funkcjonowanie rzęsek.
Naukowcy wskazują, że nowe informacje mogą w przyszłości pomóc w wcześniejszym identyfikowaniu pacjentów oraz w opracowywaniu bardziej ukierunkowanych metod leczenia. Na obecnym etapie jest to jednak wniosek dotyczący dalszych możliwości badawczych, a nie gotowa terapia. Opisane prace nie były badaniem klinicznym leczenia ludzi. Ich wyniki opierają się na analizie danych genetycznych oraz doświadczeniach laboratoryjnych i na modelu zwierzęcym. Publikacja, zatytułowana TAK1 operates at the primary cilium in non-canonical TGFB/BMP signaling to control heart development, ukazała się w PLOS Biology w 2026 roku, a jej DOI to 10.1371/journal.pbio.3003902.
