Μπορούμε να σταματήσουμε τη γήρανση της καρδιάς; Αυτή η ορόσημο γενετική μελέτη είναι μια αρχή

Οι καρδιές δεν προορίζονται να ραγιστούν. Ωστόσο, με την ηλικία, συμβαίνει. Ακόμη και με μια υγιεινή διατροφή και άσκηση, καθώς η ηλικία μας ανεβαίνει σιγά σιγά, αυξάνεται ο κίνδυνος για φραγμένες αρτηρίες, εύθραυστα αιμοφόρα αγγεία και τελικά καρδιακή ανεπάρκεια.

Γιατί;

Οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και καιρό να ξεμπερδέψουν το μυστήριο του πώς η γήρανση συνδέεται με τον αυξημένο κίνδυνο καρδιακών παθήσεων, έναν κυρίαρχο δολοφόνο της εποχής μας. Είναι ένα σκληρό πρόβλημα: πολλές βιολογικές πτυχές, που καλύπτουν τη φύση έως την ανατροφή, μπορούν να επηρεάσουν διακριτικά την υγεία της καρδιάς. Για να ξεμπερδέψουμε το μυστήριο, ορισμένα πειράματα διήρκεσαν πάνω από μισό αιώνα και επεκτάθηκαν σε εκατοντάδες χιλιάδες ανθρώπους.

Τα καλά νέα? Έχουμε ενδείξεις. Με την ηλικία, τα καρδιακά κύτταρα αλλάζουν δραστικά τη λειτουργία τους, δυσκολεύοντας τελικά να συστέλλονται και να απελευθερώνονται. Μια νέα μελέτη δημοσιευτηκε σε Γήρανση της φύσης έψαξε βαθιά στον γενετικό κώδικα για να αποκαλύψει γιατί συμβαίνει αυτό.

Ξεκινώντας με μια ντουζίνα εθελοντές ηλικίας 0 έως 82 ετών, η ομάδα ανέλυσε την αλληλουχία ολόκληρου του γονιδιώματος 56 καρδιακών μυϊκών κυττάρων ή καρδιομυοκυττάρων. Το αποτέλεσμα είναι η πρώτη ζωγραφική τοπίου γενετικών αλλαγών στη γερασμένη καρδιά. Καθώς μεγαλώνουμε, η καρδιά χτυπιέται με διπλό χτύπημα σε επίπεδο DNA. Ο γενετικός κώδικας των κυττάρων διασπάται φυσικά, ενώ η ικανότητά τους να επιδιορθώνουν το DNA διαβρώνεται.

Είναι μια τεράστια έκπληξη. Όπως τα εγκεφαλικά κύτταρα, τα καρδιομυοκύτταρα είναι το βιολογικό τελικό παιχνίδι, καθώς δεν μπορούν πλέον να χωριστούν σε ολοένα και νεότερους απογόνους. Αυτοί οι τύποι κυττάρων έχουν γενικά μια προστατευτική «πανοπλία», καθώς είναι λιγότερο επιρρεπή σε μεταλλάξεις.

Δεν ισχύει για τα καρδιομυοκύτταρα. Σε σύγκριση με τους νευρώνες, τα κύτταρα συσσωρεύουν γρήγορα τραυματισμό του DNA με την ηλικία και με ρυθμό τρεις φορές πιο γρήγορα, παρά το γεγονός ότι οι νευρώνες είναι ένας εξαιρετικά περίπλοκος και ιδιαίτερα ευαίσθητος τύπος κυττάρου.

«Καθώς μεγαλώνετε και λαμβάνετε περισσότερες μεταλλάξεις, προσθέτετε επιβλαβείς επιπτώσεις που μπορεί να ωθήσουν την καρδιά να περάσει ένα οριακό σημείο σε ασθένεια». είπε Ο συγγραφέας της μελέτης Δρ Μινγκ Χούι Τσεν, καρδιολόγος στο Νοσοκομείο Παίδων της Βοστώνης. «Μπορεί να φτάσει σε ένα σημείο όπου έχει καταστραφεί τόσο πολύ DNA που η καρδιά δεν μπορεί πλέον να χτυπήσει καλά».

Τα αποτελέσματα μας δίνουν μια πανοραμική άποψη της γερασμένης καρδιάς. Σαν ένα παζλ, «παρέχουν ένα παράδειγμα για να κατανοήσουμε την επίδραση της γήρανσης στην καρδιακή δυσλειτουργία», έγραψαν οι συγγραφείς.

Δώστε Διάλειμμα στην Καρδιά σας

Τα καρδιομυοκύτταρα είναι σκληρά πλάσματα. Φανταστείτε μια αντλία που εκτοξεύει αυτόματα και αξιόπιστα ακριβώς τη σωστή ποσότητα αίματος, με λογική πίεση, για να ποτίσει ολόκληρο το σώμα σας με θρεπτικά συστατικά. Εάν έχετε κάνει οποιοδήποτε είδος υδραυλικής εργασίας, είναι δύσκολο. Ωστόσο, αυτά τα κύτταρα λειτουργούν συγχρονισμένα, κυρίως χωρίς λόξυγγα, για όλη σας τη ζωή. Είναι μια λεπτή ισορροπία: η πολύ μικρή πίεση ή ταχύτητα στερεί από τον εγκέφαλο και τα άλλα άκρα αίμα. Πάρα πολύ, και είναι σαν να ρίχνετε ένα μεγάλο λάστιχο υγρών κήπου, σε υψηλή πίεση, σε ένα μικροσκοπικό βότανο που φυτρώνει σε μια κατσαρόλα.

Όπως ένας ελαστικός σωλήνας κήπου, τα καρδιομυοκύτταρα φθείρονται με την ηλικία. Οι περισσότερες περιπτώσεις καρδιακής ανεπάρκειας συμβαίνουν σε άτομα ηλικίας άνω των 65 ετών, ακόμη και όταν είναι σχετικά υγιείς—δηλαδή, χωρίς υψηλή χοληστερόλη στο αίμα, αρτηριακή πίεση ή οποιονδήποτε άλλο κοινό παράγοντα κινδύνου. Αλλά όχι όλα.

«Ορισμένα άτομα χαμηλού ή ενδιάμεσου κινδύνου, όπως βασίζονται σε παραδοσιακούς παράγοντες κινδύνου, εξακολουθούν να παρουσιάζουν καρδιακή νόσο, γεγονός που υποδηλώνει ότι πρόσθετοι, μη αναγνωρισμένοι παράγοντες μπορεί να είναι σημαντικοί», έγραψαν οι συγγραφείς. Τι άλλο προκαλεί καρδιακές παθήσεις στον ηλικιωμένο πληθυσμό;

Unchain My Heart's DNA

Αντιμετωπίζοντας το ερώτημα, η ομάδα στράφηκε σε ένα ισχυρό γενετικό εργαλείο: την αλληλουχία ενός κυττάρου, η οποία μεταγράφει την αλυσίδα DNA κάθε κυττάρου που αναλύθηκε. Η τεχνική αποτυπώνει την ατομικότητα - για παράδειγμα, γενετικές και άλλες αλλαγές - που διαφορετικά θα ήταν συγκεχυμένες εάν αναλύονταν και λαμβάνονταν κατά μέσο όρο εκατοντάδες κύτταρα ταυτόχρονα.

Η ποικιλομορφία του γονιδιώματος ενός κυττάρου ήταν στο επίκεντρο του σχεδιασμού της μελέτης. «Είναι η πρώτη φορά που εξετάζονται σωματικές μεταλλάξεις στην ανθρώπινη καρδιά σε μονοκύτταρο επίπεδο», δήλωσε η συγγραφέας της μελέτης Δρ Sangita Choudhury.

Η ομάδα εξέτασε πώς αλλάζει η υπογραφή DNA των καρδιακών κυττάρων με την ηλικία. Αυτοί οι τύποι μεταλλάξεων ονομάζονται «σωματικές μεταλλάξεις» επειδή δεν μπορούν να περάσουν στην επόμενη γενιά.

Δεν είναι όλα τα κελιά χτισμένα το ίδιο. Μερικά, όπως τα ηπατικά κύτταρα, μπορούν να χειριστούν μια καλή ποσότητα βλάβης και να αναπληρώσουν τον εαυτό τους. Άλλα, όπως τα καρδιομυοκύτταρα, δεν μπορούν πλέον να διαιρεθούν και πρέπει να υποστούν μόνοι τους οποιαδήποτε βλάβη στο DNA. Με την ηλικία, αυτά τα κύτταρα μπορούν να συσσωρεύσουν γενετικές μεταλλάξεις. Είναι δύσκολα: τα περισσότερα δεν έχουν εμφανή αποτελέσματα, αλλά μερικά, όπως ένας κακοποιός ταινίας τρόμου, μπορούν σιωπηλά να πυροδοτήσουν τα κύτταρα να γίνουν καρκινικά ή ακόμα και να τα σκοτώσουν. Αυτές οι μεταλλάξεις είχαν προηγουμένως συνδεθεί με στεφανιαία νόσο, μια κύρια αιτία καρδιακών προβλημάτων με την ηλικία.

Προσπαθώντας να συλλάβει υπογραφές μετάλλαξης που οδηγούν σε καρδιακές παθήσεις, η ομάδα έκανε μια βαθιά βουτιά στα γονίδια των δωρεών καρδιών από ανθρώπους που εκτείνονται από τη βρεφική ηλικία έως τους ηλικιωμένους. Απομονώνοντας τους πυρήνες - τη στρογγυλή δομή που μοιάζει με σπόρους βερίκοκου που φιλοξενεί το DNA - αξιολόγησαν τη μέθοδό τους και στη συνέχεια συνέκριναν γενετικές αλληλουχίες από τρεις διαφορετικές ηλικιακές ομάδες.

Επικεντρώθηκαν σε μια κύρια διαφορά: τις μονονουκλεοτιδικές μεταλλάξεις (ονομάζονται επίσης πολυμορφισμοί ενός νουκλεοτιδίου ή SNP). Αυτές οι αλλαγές είναι απλές: είναι μια εναλλαγή ενός γράμματος στο γονιδίωμα και όχι, για παράδειγμα, ένα ολόκληρο κομμάτι που αντιστρέφεται ή αντιγράφεται. Τα SNP, όταν αξιολογούνται στο σύνολό τους, περιέχουν πληθώρα πληροφοριών. Είναι η πιο κοινή μορφή σωματικών μεταλλάξεων.

Όπως οι καρφίτσες που σημειώνουν ταξίδια σε έναν παγκόσμιο χάρτη, με αρκετές μεταλλάξεις SNP, είναι δυνατό να κατασκευαστεί ένας ολόκληρος «χάρτης» ή υπογραφή, που συνδέεται με συγκεκριμένες βιολογικές διεργασίες ή ασθένειες. Για παράδειγμα, υπάρχει ένας χάρτης για κυτταρικές αλλαγές που σχετίζονται με το κάπνισμα καπνού ή προβλήματα με την επιδιόρθωση του DNA.

«Η κατανόηση των μεταλλακτικών υπογραφών και του μηχανισμού σχηματισμού τους μπορεί να μας οδηγήσει να ανακαλύψουμε τον μηχανισμό της βλάβης του DNA και της εξέλιξης της νόσου στη γερασμένη καρδιά», είπαν οι συγγραφείς.

Αναλύοντας την αλληλουχία σχεδόν 60 δειγμάτων, η ομάδα εργάστηκε στη συνέχεια σε έναν αλγόριθμο για την ανάλυση των δεδομένων, συγκρίνοντάς τα με μια γνωστή βάση δεδομένων υπογραφών καρκίνου που ονομάζεται COSMIC. Οι τροποποιήσεις του DNA αυξάνονταν με την ηλικία, με τους τύπους μετάλλαξης να ταιριάζουν σε τέσσερις διαφορετικούς τύπους υπογραφών. Η υπογραφή A, για παράδειγμα, αντάλλαξε τα γράμματα του DNA C και T. Αν και μπορεί να μην ακούγεται πολύ, φανταστείτε να αντικαταστήσετε όλα τα C σε αυτό το άρθρο με Ts, ή το αντίστροφο - θα αναλύσει ολόκληρο το κείμενο.

Εξετάζοντας περαιτέρω τη μοριακή βάση των υπογραφών, η ομάδα βρήκε έναν πιθανό ένοχο για τη γήρανση και τη δυσλειτουργία της καρδιάς: το οξειδωτικό στρες. Ένα ατυχές υποπροϊόν του φυσιολογικού μεταβολισμού ενός κυττάρου, αυτά τα μόρια λειτουργούν σαν μικρές μπάλες κανονιού, προκαλώντας τον όλεθρο μέσα στα κύτταρα, το DNA και τις μεμβράνες τους. Ενώ τα νεότερα κύτταρα έχουν συνήθως έναν τρόπο να αποκρούσουν τις μοχθηρές επιθέσεις, τα μεγαλύτερα χάνουν σταδιακά αυτή την ικανότητα. Το αποτέλεσμα δεν είναι όμορφο. Τα καρδιακά κύτταρα, για παράδειγμα, μπορεί να καταλήξουν με κατεστραμμένα γράμματα DNA ενώ ταυτόχρονα καταστρέφεται ο μηχανισμός επιδιόρθωσης του γονιδιώματος.

Κατά κάποιο τρόπο, δεν είναι τόσο περίεργο, είπε ο Τσεν. «Επειδή η καρδιά πάντα αντλεί, χρησιμοποιεί πολλή ενέργεια», η οποία παράγει χημικές ουσίες που μπορούν να βλάψουν το DNA. Αυτό που προκάλεσε σοκ ήταν η ειδική ικανότητα της καρδιάς να αποκρούει τη ζημιά. Τα καρδιομυοκύτταρα έχουν τη δύναμη να διπλασιάζονται στα χρωμοσώματά τους, ρυθμίζοντας το ρυθμιστικό έναντι αδυσώπητων επιθέσεων στο DNA τους.

Προς το παρόν, η μελέτη δείχνει μόνο ότι οι σωματικές μεταλλάξεις αυξάνονται με την ηλικία, κάτι που σχετίζεται με τα κατεστραμμένα καρδιακά κύτταρα. Αν αλλάζει γράμματα DNA προκαλέσει τραύματα της καρδιάς μένει να προσδιοριστούν. Αλλά η μελέτη είναι η πρώτη για την ανατομή της καρδιακής νόσου σε μονοκύτταρο επίπεδο σε μεγάλη κλίμακα. Είναι σαν να πηγαίνουμε από τα ερασιτεχνικά κιάλια στο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb—μπορούμε τώρα να αναλύσουμε κάθε κύτταρο, όπως ένα αστέρι στον ουρανό, αναλύοντας το DNA του μέσα σε μια γερασμένη καρδιά.

Εκτός από τα καρδιομυοκύτταρα, «Θέλουμε επίσης να εξετάσουμε διαφορετικούς τύπους κυττάρων στην καρδιά», είπε ο Choudhury. «Έχουμε αγγίξει μόνο την κορυφή του παγόβουνου».

Image Credit: AnaitSmi / Shutterstock.com