全面了解你的心!Broad Institute 團隊解析心臟細胞基因組

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Broad Institute 發表在 Circulation 期刊中的論文,試圖回答一個簡明的問題,我們心臟到底有多少種細胞組成,而這些細胞又呈現什麼不同型態。藉由這樣基礎性的了解,科學家能夠有機會以不同角度去了解心血管疾病的成因,也帶給藥物開發一個新方向。

心臟細胞定序圖譜

心臟作為人體循環系統幫浦,是人體重要器官之一。數十年的相關研究大致都停留在心臟中負責收縮產生推動力的心肌細胞,雖然明白有著精巧的生物機制調控心肌細胞作用,但對於其中的奧妙我們了解的依舊太少。所以 MIT 和 Harvard 研究團隊聯手研究 300,000 顆健康心細胞基因組,找出心臟中複雜而多樣的細胞分類!

Broad Institute 研究人員利用單一細胞定序技術,分析並建立心臟的細胞定序圖譜。研究團隊採集來自 7 顆健康心臟的 300,000 顆細胞進行分類,超乎多數人想像,研究顯示心臟細胞可分為 9 個主要類型以及超過 20 種亞型。不同腔室細胞的基因表現形態,與可能致病的細胞型態也在此研究中被一一闡明。

研究難題與有趣的結果

心肌細胞較一般細胞更大,在標準流體定序儀器中難以分析。研究人員於是使用單一細胞核定序法,打碎細胞後分析個別核中的 RNA 組成,採用這項方法讓更多不同種類與位置的細胞都能夠列入分析,大大增加研究廣度。分析來自四個腔室的 287,269 個細胞核後,研究人員表示某些細胞種類會因所在腔室不同,而改變基因表型。例如右心室的免疫細胞就呈現全然不同其他位置同類細胞的基因型。

研究計畫領導人 Nathan Tucker 助理教授表示,研究中發現到除了心肌細胞外,心臟的輔助細胞也會隨著位置展現不同基因型態,不僅令人驚訝,更再次證明全面性建立這項圖譜的重要性。

疾病相關的心臟細胞分析

建立了健康心臟基因圖譜,研究團隊也結合過往心臟疾病的研究數據,找出幾類與心肌梗塞或心房顫動極可能相關的細胞。此外他們也搜尋哪類細胞表現了已知的致病基因,發現了多數藥物可標靶的基因病變都集中在三種細胞中:纖維母細胞 (fibroblast cells),心肌細胞 (cardiomyocytes) 與脂肪細胞。

Tucker 助理教授表示,這項圖譜數據將會公開與科學研究社群分享,讓更多對特定細胞種類甚至心臟研究熟悉的科學家們,能夠接續目前的研究,進一步結合這些資訊造福更多病患。Tucker 與團隊成員也將繼續對特定心臟疾患的細胞進行定序,建立疾病相關的心臟圖譜,用以比較在病患與健康者身上心臟細胞類型與基因表現等的差異,讓心血管疾病研究進入到不同層級的微觀分析。

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參考資料:

  1. https://www.broadinstitute.org/news/single-cell-map-heart-reveals-wide-cellular-diversity
  2. https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.119.045401

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