Konsep Inti
結合 CHIR99021 和 A-485 (2C) 的藥物治療可以將心肌細胞重新編程為具有再生能力的心臟細胞 (RCC),為心臟修復和再生提供一個有前景的策略。
Abstrak
論文資訊
標題:透過小分子藥物藥理學誘導再生心臟細胞
研究目標
本研究旨在探討誘導成年哺乳動物心肌細胞去分化為具有再生能力細胞的可行性,並開發新的心臟再生研究方法。
研究方法
研究人員使用人類胚胎幹細胞 (hESC) 衍生的心肌細胞和新生大鼠心肌細胞進行體外實驗,並在成年小鼠模型中進行體內實驗。他們使用小分子藥物 CHIR99021 和 A-485 (2C) 誘導心肌細胞去分化,並通過譜系追踪實驗、功能分析、基因表達分析和表觀遺傳修飾分析來評估 2C 誘導再生心臟細胞 (RCC) 的形成和功能。
主要發現
- 2C 處理可有效誘導 hESC 衍生的心肌細胞去分化為 RCC,表現為肌節結構分解、胚胎心臟生成基因高表達以及通過體外再分化增加心肌細胞數量。
- 2C 誘導的 RCC 具有增殖潛力和分化為三種主要心血管細胞類型(心肌細胞、內皮細胞和平滑肌細胞)的能力。
- 譜系追踪實驗證實,2C 誘導的 RCC 源自 TNNT2+ 心肌細胞的去分化。
- 在新生大鼠和成年小鼠中,2C 處理可誘導體內 RCC 生成。
- 在經歷心肌梗塞的小鼠中,2C 處理顯著提高了存活率並改善了心臟功能。
- 機制研究表明,CHIR99021 對於 RCC 發育至關重要的基因的轉錄和表觀遺傳激活至關重要,而 A-485 主要抑制心肌細胞中的 H3K27Ac 和特別是 H3K9Ac。它們的協同效應增強了 RCC 基因上的這些修飾,促進了從心肌細胞到 RCC 的轉變。
主要結論
該研究證明了從內源性心肌細胞藥理學誘導 RCC 的可行性並揭示了其機制,這可能為修復受損心臟提供一種有前景的再生策略。
研究意義
這項研究為心臟再生醫學做出了重大貢獻,證明了使用小分子藥物誘導心肌細胞去分化為具有再生能力細胞的可行性。這些發現為開發治療心臟損傷的新療法提供了新的途徑。
研究局限性和未來方向
- 需要進一步的研究來優化 2C 處理方案,以提高 RCC 的增殖能力。
- 需要更深入地研究 CHIR99021 和 A-485 協同促進 RCC 形成的具體分子機制。
- 需要評估 2C 處理的潛在脫靶效應及其對心臟功能和結構的長期影響。
Statistik
使用超過 4,000 種化合物的化合物庫進行小分子篩選。
A-485 的最佳工作濃度經滴定實驗確定為 0.5 µM。
2C 處理導致 ISL1 表達增加約 3 倍。
與 2C 處理前初始心肌細胞相比,再分化心肌細胞的數量顯著增加(約 1.4 倍)。
在用乳酸基培養基純化的 TNNT2+ 心肌細胞中,一小部分 (<4%) 細胞仍然表達 ISL1。
2C 處理後,大約 0.6% 的 K9 衍生的 mCherry 陰性心肌細胞被永久標記為 EGFP。
對 K9 衍生的 ISL1/mCherry 陰性心肌細胞進行單細胞 RNA 測序 (scRNA-seq),這些細胞用 DMSO(陰性對照,NC)或 2C 處理 60 小時。
在 2C 處理的樣品中,一個獨特的亞群(亞群 0)包含 408 個細胞(佔該群的 48.3%),而在 DMSO 處理的樣品中則沒有發現。
2C 處理顯著增加了 4,485 個基因啟動子處的 H3K9Ac 富集和 2,560 個基因啟動子處的 H3K27Ac 富集,同時分別減少了 346 個和 1,834 個基因的富集。
在具有 H3K9Ac 富集的基因中,5891 個註釋基因中有 2716 個(或 46.1%)僅在用 2C 處理的細胞中富集,而 10785 個具有 H3K27Ac 富集的註釋基因中只有 527 個(或 4.9%)被獨家觀察到。
Kutipan
"This proof-of-concept discovery demonstrates that a simple combination of small molecule drugs can endow the mammalian heart with regenerative capacity by reprogramming CMs into RCCs."
"This dual mechanism of action underscores the potential of utilizing epigenetic modifiers like A-485 to influence cell fate decisions in terminally differentiated cells, suggesting broader applications in regenerative biology."
"These insights contribute significantly to the understanding of cardiac lineage plasticity and highlight the therapeutic potential of induced multipotent cardiovascular progenitors for heart repair and regeneration."