23 februari

Single-cell sequencing belicht mechanismen achter hartschade

Terug naar nieuws

Hubrecht-onderzoekers van de van Rooij groep hebben voor het eerst aangetoond dat single-cell sequencing kan worden gebruikt voor het bestuderen van het genexpressieprofiel in cellen van het volwassen hart. Dankzij deze methode kunnen de onderzoekers meer inzicht krijgen in de moleculaire mechanismen achter beschadiging van hartweefsel. De bevindingen zijn gepubliceerd in Circulation.

Monika Gladka en collega’s bepaalden de genetische expressieprofielen in ziek en gezond hartweefsel van muizen. Daarmee kwam het eiwit Ckap4 aan het licht, dat een belangrijke rol speelt bij de activatie van cellen in het hartweefsel door weefselschade.

Sequencing
Voor het bepalen van de genetische expressie in het onderzochte hartweefsel gebruikten de wetenschappers single-cell sequencing: een techniek die ons een overzicht geeft van de genexpressie in individuele cellen. Ons DNA is een blauwdruk voor de eiwitten die een cel produceert en die de functie van een cel bepalen. Elke lichaamscel bevat bijna hetzelfde DNA, maar verschillende celtypes gebruiken daar slechts verschillende delen van. mRNA-moleculen zijn de stap tussen DNA en eiwit: ze zijn boodschappers die doorgeven welke eiwitten de cel kan produceren. Daarom zijn ze bij uitstek geschikt als indicatie voor de functie van een cel.

Individuele cellen
Tot voor kort liet de sequencing-techniek alleen analyses toe van vele duizenden cellen tegelijk. Dat geeft een beeld van de gemiddelde genexpressie in deze cellen. Single-cell sequencing maakt het mogelijk het genetische expressieprofiel van individuele cellen te bepalen. Dat gebeurt door het mRNA van een cel een aantal keren te kopiëren en het materiaal een moleculaire barcode toe te kennen. Daarna kan het mRNA van meerdere cellen worden samengevoegd en worden gesequenced, maar kunnen we het toch traceren naar de cel waar dit oorspronkelijk vandaan kwam. Deze experimenten geven dus informatie over alle genen die door elke individuele cel tot expressie worden gebracht.

Hartschade
Gladka en haar collega’s pasten deze techniek succesvol toe op hartweefsel van volwassen muizen. Door expressieprofielen van gezond en door zuurstofgebrek beschadigd weefsel met elkaar te vergelijken, ontdekten de wetenschappers dat er subpopulaties van cellen bestaan die specifiek zijn voor het beschadigde hart. Zo identificeerden ze het eiwit Ckap4 als een marker voor hartschade: ze vonden een verhoogde expressie van Ckap4 bij geactiveerde fibroblasten uit beschadigd hartweefsel. Dat correspondeert met de verhoogde expressie van andere markereiwitten in diezelfde cellen, zowel bij de muis als bij hartpatiënten. De onderzoekers bevestigden de rol van Ckap4 als een eiwit dat belangrijk is bij de activatie van fibroblasten door deze cellen in het lab op te kweken en daarbij Ckap4 te remmen.

Vergelijken
Het onderzoek van Gladka en collega’s laat zien dat single-cell sequencing ook toe te passen is op hartweefsel. Door op deze manier gezond met beschadigd hartweefsel te vergelijken komen we meer te weten over de moleculaire mechanismen achter hartschade. Zo ontdekken we eiwitten, zoals Ckap4, die een belangrijke rol spelen in dat proces. Het in kaart brengen van deze eiwitten en het proces van hartbeschadiging kan leiden tot de ontdekking van nieuwe therapeutische invalshoeken.

 

Prof. Eva van Rooij is principal investigator bij het Hubrecht Institute (KNAW) en Professor Moleculaire Cardiologie aan het Universitair Medisch Centrum Utrecht.

Single-cell sequencing of the healthy and diseased heart reveals Ckap4 as a new modulator of fibroblasts activation.
Monika Gladka, Bas Molenaar, Hesther de Ruiter, Stefan van der Elst, Hoyee Tsui, Danielle Versteeg, Grègory Lacraz, Manon Huibers, Alexander van Oudenaarden, Eva van Rooij.
Circulation 2018; 137(8).