DNA Blueprint Maps Cómo un corazón se convierte en un corazón

Mediante el uso de tecnología de células madre, secuenciación de ADN de última generación y herramientas informáticas, investigadores de los Institutos Gladstone en California y otros centros académicos, han mapeado cómo un corazón se convierte en corazón, revelando un modelo genómico y epigenómico para el orden preciso y el tiempo de cientos de "interruptores genéticos" desde la etapa de células madre embrionarias hasta el corazón en pleno funcionamiento.
Los investigadores escriben sobre su trabajo en la edición en línea del 13 de septiembre Celda.
Los hallazgos traen esperanza de nuevos tratamientos para personas que nacen con defectos cardíacos que amenazan la vida como latido cardíaco irregular (arritmia) y orificio en el corazón (defecto del tabique ventricular).
El investigador principal Benoit Bruneau, director asociado de investigación cardiovascular en Gladstone, un grupo independiente de investigación biomédica sin fines de lucro, le dice a la prensa en un comunicado:

"Los defectos congénitos del corazón son el tipo más común de defectos de nacimiento, que afectan a más de 35,000 bebés recién nacidos en los Estados Unidos cada año".
"Pero cómo se desarrollan estos defectos en el nivel genético ha sido difícil de precisar porque la investigación se ha centrado en un pequeño conjunto de genes. Aquí, abordamos la formación del corazón con un lente gran angular mirando la totalidad del material genético que da a las células del corazón su identidad única," el explica.

De montañas de datos a un modelo legible

Para su estudio, el equipo tomó células madre embrionarias de ratones, las colocó en un cultivo que se asemeja al desarrollo embrionario y las reprogramó para formar células cardíacas palpitantes.

Los investigadores esperan que estos nuevos hallazgos abran la puerta a posibles tratamientos para las personas que nacen con defectos cardíacos que amenazan la vida.Esto completó una parte del proceso: como los científicos cada vez descubren más, no es solo tener estas células lo que decide cómo un órgano se convierte en un órgano, sino también tener un mapa de control detallado de cómo los genes se activan y desactivan durante varias etapas de desarrollo : las firmas epigenómicas.
Para esta parte del experimento, extrajeron ADN de células cardíacas maduras y en desarrollo, ya que contienen las firmas epigenéticas escritas en el ADN. Hicieron esto usando CHIP-seq, una herramienta avanzada de secuenciación de genes.
Sin embargo, incluso esto no fue suficiente para darles un plan completo y funcional, ya que Jeffrey Alexander, coautor y graduado de Gladstone y la Universidad de California, San Francisco (UCSF), con el que Gladstone está afiliado, explica:
"... simplemente encontrar estas firmas era solo la mitad de la batalla; luego teníamos que descifrar qué aspectos de la formación del corazón codificaban".
"Para hacer eso, aprovechamos el poder de computación del núcleo de Gladstone Bioinformatics. Esto nos permitió tomar las montañas de datos recopilados de la secuenciación de genes y organizarlos en un modelo legible y significativo de cómo un corazón se convierte en corazón", agregó.

Algunos descubrimientos inesperados

Los investigadores hicieron algunos descubrimientos sorprendentes: no solo encontraron grupos enteros de nuevos genes involucrados en la formación del corazón, sino que refinaron la forma en que interactúan con los genes previamente conocidos.
También encontraron grupos de genes en las células del corazón que parecen funcionar en concierto, alternando entre sí y en etapas precisas del desarrollo embrionario.

Implicaciones para la salud del corazón humano

Los investigadores sugieren que sus descubrimientos tienen implicaciones importantes para la salud del corazón humano: al unir un mapa detallado de cómo los genes controlan el corazón, creen que también pueden descubrir cómo la enfermedad interrumpe este proceso finamente controlado.
Dicen con un una mejor comprensión de cómo los patrones genéticos y epigenéticos complejos son regulados con precisión, los desarrolladores están mejor equipados para encontrar tratamientos que prevengan, intervengan u opongan a las interrupciones de estos patrones por enfermedad, por ejemplo, para ayudar a niños con defectos cardíacos congénitos.
Bruneau, quien también es profesor de pediatría en la UCSF, dice que ahora quieren observar el ADN de los pacientes que viven con cardiopatías congénitas, con la esperanza de que puedan "identificar la alteración genética específica que causó su defecto cardíaco".
"Una vez que identificamos esa alteración, podemos comenzar a explorar formas de restablecer la función normal del gen durante la formación temprana del corazón y reducir el número de bebés con defectos cardíacos congénitos debilitantes y algunas veces fatales", agrega.
Escrito por Catharine Paddock PhD