Ученые открыли новый тип сердечной клетки

Нарушения в недавно обнаруженном типе сердечных клеток могут лежать в основе некоторых врожденных аномалий сердца и более широкого спектра заболеваний вегетативной нервной системы. Клетки, называемые сердечные соединительные глии (cardiac nexus glia), играют важную роль как в частоте сердечных сокращений, так и в сердечном ритме.

Актуальность работы

Ранее ученые полагали, что глии встречаются только в центральной нервной системе. Глиальные клетки присутствуют во всей нервной системе и имеют решающее значение для нормального развития и функционирования. Эксперты классифицируют эти клетки в соответствии с их основной функцией в нервной системе. Подтипы включают клеточную линию олигодендроцитов, микроглию и астроглию.

Нервная система включает центральную нервную систему (ЦНС), периферическую нервную систему (ПНС) и вегетативную нервную систему (ВНС). Последние две работают вместе, чтобы контролировать системы и функции органов, не связанных с головным мозгом, включая движение мышц, пищеварение, реакции «дерись или беги», дыхание, кровообращение и частоту сердечных сокращений. 

Новизна исследования

Авторы нового исследования обнаружили новый тип глиальных клеток в сердце, который имеет решающее значение как для развития, так и для функционирования и может объяснить некоторые врожденные аномалии и другие сердечные заболевания.

Исследователь Коди Смит (Cody Smith), сотрудник кафедры биологических наук Университета Нотр-Дам (University of Notre Dame), с соавторами исследования сообщили о своих выводах в журнале PLOS Biology. Ученые также описывают их функции и местоположение.

Материалы и методы исследования

Используя ткани рыбок данио, мышей и людей, доктор Смит точно определил область сердца, называемую выводным трактом, в которой находились астроглиальные клетки. Новое открытие сердечной соединительной глии было последовательным у различных видов. Интересно, что данная область выводного тракта сильно влияет на функцию сердца.

С точки зрения развития нейрональные клетки в ЦНС обычно предшествуют клеткам в ПНС и ВНС, поэтому доктор Смит искал происхождение этих популяций астроглиальных клеток до того, как они попадут в сердце. Используя рыбок данио, ученые подтвердили, что источником этих глиальных клеток был нервный гребень, расположенный в заднем мозгу.

В течение 24 часов после оплодотворения эмбрионов рыбок данио глиальные клетки начали мигрировать в сердце. К 4-му дню они заселили выводной тракт. Там часть клеток затем дифференцировалась в глию сердечного узла, в то время как другая часть дифференцировалась в кардиомиоциты и клетки гладкой мускулатуры. Позже ученые подтвердили наличие этих астроглий как в сердечной ткани мышей, так и человека. Вопреки предыдущим исследованиям, именно астроглия предшествовала развитию нейронов — это было трудно объяснить, учитывая, что аксональное ветвление нейронов происходит только в отсутствие глии.

Астроглия и работа сердца

Чтобы проверить свою гипотезу о том, что сердечная соединительная глия регулирует вегетативные функции, связанные с сердцем, доктор Смит удалил клетки разных видов. В среднем у аблированных образцов частота сердечных сокращений увеличилась более чем на 20 ударов в минуту. Это ритмичное увеличение частоты сердечных сокращений известно как желудочковая тахикардия. Поскольку желудочковая тахикардия возникает вследствие дисбаланса ионной активности в выводном тракте, ученые решили выяснить, было ли отсутствие сердечной глии в этой области основной причиной.

Для этого они удалили глию сердечного узла в других областях, в частности в предсердии — верхней камере сердца. Не было никакого влияния на частоту сердечных сокращений, что подтверждает важность глии сердечной связи в области выводного тракта. Кроме того, ученые обнаружили значительные последующие эффекты данного нарушения глии сердечной связи на симпатическую и парасимпатическую ветви ВНС. Химические манипуляции с сердечной соединительной глией привели к значительному увеличению продолжительности фибрилляции желудочков — нерегулярного сердцебиения, что указывает на реактивную роль симпатической нервной системы при аритмии.

Доктор Смит отметил, что 30% врожденных пороков сердца напрямую связаны с дисфункцией выводного тракта. Однако, связано ли это конкретно с отклонением глии сердечной связи в процессе развития, остается неясным.

Для чего нужны нервные клетки в сердечно-сосудистой системе

Несмотря на эти новые экспериментальные данные об астроглиальных манипуляциях и сердечной функции, как это приводит к сердечным заболеваниям у людей, до сих пор неизвестно. В то время как врожденные аномалии сердца легко обнаруживаются внутриутробно во время беременности, сердечно-сосудистые проблемы в более позднем возрасте являются многофакторными и включают сложное взаимодействие генетики и образа жизни. Когда Смита спросили, может ли это открытие астроглии в сердце лежать в основе потенциальной связи между экстремальным стрессом или эмоциональными состояниями и проблемами с сердцем, он отметил, что это новое исследование еще не было трансляционным. 

«Я думаю, что еще слишком рано знать физиологическую роль этих клеток. Мы действительно находимся на самых ранних стадиях понимания их роли. Что касается клинических наблюдений, я надеюсь, что, когда мы начнем больше изучать их в модельных системах, таких как рыбки данио, мы узнаем, какой более узкий набор вопросов эта область может исследовать для людей».

Практическая значимость работы

Это клеточное открытие было довольно неожиданным и может стать предвестником будущих открытий в области сердечной нейробиологии.

«Мы начали этот проект, поскольку были очарованы неизвестностью нейробиологии, но, возможно, наткнулись на клетку, которая имеет отношение к здоровому сердцу. Однако инвестиции в фундаментальную науку послужили искрой», — объяснил доктор Смит. «Как и в случае с другими глиальными клетками нервной системы, похоже, что мы находимся только на вершине айсберга с ролью глии в функционировании нервной системы. Это захватывающее время для работы».

Авторы другого исследования заявили, что микроглия в обонятельной луковице защищает мозг от инфекции.