科學家發現了一種主基因Srf，它是細胞成為完全成熟的關鍵

科學家一直試圖用實驗室製造的心肌細胞替換受損的心臟組織，無論是注射還是貼片形式。但是由此產生的肌肉不能很好地發揮作用，因為細胞被困在一個不成熟的階段。使用新型CRISPR / Cas9技術，一項新研究發現了一種主基因Srf，它是細胞成為完全成熟的收縮成體細胞所必需的。

波士頓兒童醫院基礎與轉化心血管研究主任醫學博士威廉普說：「如果你在多能乾細胞的培養皿中製造心肌細胞，它們會植入心臟並形成肌肉。」 「但是肌肉不能很好地發揮作用，因為肌細胞被困在一個不成熟的階段。」

我們在出生前開始發育的心肌細胞如何變得劇烈收縮成人心肌細胞尚不清楚。

「我認為有一些特定的信號傳導途徑可以控制這個過程，我們無法在盤子裡重現這一過程，」Pu說。

選擇性刪除

研究活小鼠的心肌細胞成熟同樣具有挑戰性。之前的研究已經嘗試過基因工程小鼠，他們的心肌中有不同的基因「被敲除」，以確定哪些是必需的。但完全喪失基因通常會導致整個心臟功能障礙，這本身就會影響成熟。此外，育種具有不同基因缺失的多個「敲除」小鼠品系是昂貴且耗時的過程。

在9月21日發表在Nature Communications上的一項新研究中，Pu及其同事繞過了這些障礙。他們使用活小鼠和CRISPR / Cas9基因編輯技術，以一種全新的方式梳理出心肌成熟過程中的一個關鍵因素。

他們的方法的美麗是雙重的。首先，它只需要一種表達Cas9酶的小鼠品系，再加上一種指導Cas9去除特定基因的病毒。為了靶向不同的基因，研究人員只是對病毒進行了少量修改。

「我們能夠在10周內測試10種感興趣的潛在基因，」Pu說。

其次，研究人員不是刪除每個細胞中的基因，而是注射病毒，使每10個心肌細胞中大約有1個受到影響。這種「馬賽克」傳遞模式允許未受影響的心肌保持功能。然後團隊可以分別研究突變的心肌細胞。

調節心肌發育

一種被稱為血清反應因子（SRF）的因子成為心肌細胞成熟的關鍵調節因子。當Srf基因以新的馬賽克方式在新生小鼠的心肌中被刪除時，成熟的許多方面被破壞。

在正常的成熟肌細胞中，基本的收縮結構（稱為肌節）高度組織化。但在突變肌細胞中，肌節變得雜亂無章。此外，正常細胞發展橫向小管，這是幫助協調肌節收縮的重要結構。這些也在突變肌細胞中被大大破壞。最後，提供能量並且通常以類似磚塊的方式排列在肌節旁邊的線粒體的大小和數量顯著減少。

在進一步的實驗中，研究小組表明，SRF調節多個其他基因的活性，包括未成熟心肌細胞中的關鍵肌節基因，但不是成熟心肌細胞。他們認為SRF從細胞的其他部分接收信號，提示它在成熟過程中執行主組織程式。

最後，Pu及其同事表明，肌節本身必須適當組裝才能進行成熟的其他方面。「我們了解到，肌節不僅對收縮很重要，而且可能推動了成熟計劃，」Pu說。

讓心臟細胞長大

總的來說，結果似乎表明，如果你能找到一種方法來增強SRF，你可以讓實驗室製造的心肌細胞長大。但事情並非如此簡單：當SRF過度表達時，細胞看起來與沒有SRF的細胞相同。

這確立了實驗室的下一個目標。

「細胞似乎對SRF的水準非常敏感，」Pu說。「你可能無法操縱SRF本身。你必須了解上遊的控制因素。」