Dans une nouvelle étude, publiée aujourd’hui (12 juillet) dans Natureles chercheurs ont produit l’atlas des cellules cardiaques humaines le plus détaillé et le plus complet à ce jour, y compris le tissu spécialisé du système de conduction cardiaque – d’où provient le rythme cardiaque.
L’équipe multicentrique est dirigée par le Wellcome Sanger Institute et le National Heart and Lung Institute de l’Imperial College de Londres, et a également présenté un nouvel outil informatique de réorientation des médicaments appelé Drug2cell, qui peut fournir des informations sur les effets des médicaments sur la fréquence cardiaque. .
Cette étude fait partie de l’initiative internationale Human Cell Atlas (HCA), qui cartographie chaque type de cellule du corps humain, afin de transformer notre compréhension de la santé et de la maladie, et constituera la base d’un Atlas des cellules cardiaques humaines HCA entièrement intégré.
Représentant huit régions du cœur humain, les travaux décrivent 75 états cellulaires différents, y compris les cellules du système de conduction cardiaque – le groupe de cellules responsables du rythme cardiaque – qui n’étaient pas comprises à un niveau aussi détaillé chez l’homme auparavant. Le système de conduction cardiaque humain, le « câblage » du cœur, envoie des impulsions électriques du haut vers le bas du cœur et coordonne les battements du cœur.
En utilisant la transcriptomique spatiale, qui donne une « carte » de l’emplacement des cellules dans un tissu, les chercheurs ont également pu comprendre comment ces cellules communiquent entre elles pour la première fois. Cette carte agit comme un guide moléculaire, montrant à quoi ressemblent les cellules saines et fournissant une référence cruciale pour comprendre ce qui ne va pas dans la maladie. Les résultats aideront à comprendre les maladies telles que celles affectant le rythme cardiaque.
L’assemblage d’un atlas des cellules cardiaques humaines est essentiel étant donné que les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de décès dans le monde. Environ 20 000 stimulateurs cardiaques électroniques sont implantés chaque année au Royaume-Uni pour ces troubles. Ceux-ci peuvent être inefficaces et sont sujets à des complications et des effets secondaires. Comprendre la biologie des cellules du système de conduction et leurs différences avec les cellules musculaires ouvre la voie à des thérapies pour améliorer la santé cardiaque et développer des traitements ciblés pour les arythmies.
L’équipe présente également un nouvel outil informatique appelé Drug2cell. L’outil peut prédire les cibles des médicaments ainsi que les effets secondaires des médicaments. Il exploite les profils unicellulaires et les 19 millions d’interactions médicament-cible dans la base de données EMBL-EBI ChEMBL.
De manière inattendue, cet outil a identifié que les cellules du stimulateur cardiaque expriment la cible de certains médicaments, tels que les médicaments GLP1, qui sont utilisés pour le diabète et la perte de poids et sont connus pour augmenter la fréquence cardiaque comme effet secondaire, dont le mécanisme n’était pas clair. Cette étude suggère que l’augmentation de la fréquence cardiaque pourrait être en partie due à une action directe de ces médicaments sur les cellules du stimulateur cardiaque, une découverte que l’équipe a également montrée dans un modèle expérimental de cellules souches de cellules du stimulateur cardiaque.
Le Dr James Cranley, co-premier auteur, cardiologue spécialisé dans les troubles du rythme cardiaque et doctorant à l’Institut Wellcome Sanger, a déclaré : « Le système de conduction cardiaque est essentiel pour le battement régulier et coordonné de notre cœur, mais les cellules qui le composent sont mal comprises. Cette étude jette un nouvel éclairage en définissant les profils de ces cellules, ainsi que les niches multicellulaires qu’elles habitent. Cette compréhension plus profonde ouvre la porte à de meilleures thérapies anti-arythmiques ciblées à l’avenir.
Le mécanisme d’activation et de suppression des gènes des cellules du stimulateur cardiaque n’est pas clair, en particulier chez l’homme. Ceci est important pour améliorer la thérapie cellulaire afin de faciliter la production de cellules de stimulateur cardiaque ou d’empêcher la décharge spontanée excessive de cellules. En comprenant ces cellules à un niveau génétique individuel, nous pouvons potentiellement développer de nouvelles façons d’améliorer les traitements cardiaques. »
Dr Kazumasa Kanemaru, co-premier auteur et boursier postdoctoral dans l’équipe Gene Expression Genomics au Wellcome Sanger Institute
L’étude a mis au jour une découverte inattendue : une relation étroite entre les cellules du système de conduction et les cellules gliales. Les cellules gliales font partie du système nerveux et se trouvent traditionnellement dans le cerveau. Ils ont été très peu explorés dans le coeur. Cette recherche suggère que les cellules gliales sont en contact physique avec les cellules du système de conduction et peuvent jouer un rôle de soutien important : communiquer avec les cellules du stimulateur cardiaque, guider les terminaisons nerveuses vers elles et favoriser leur libération de glutamate, un neurotransmetteur.
Une autre découverte clé de l’étude est une structure immunitaire sur la surface externe du cœur. Celui-ci contient des plasmocytes, qui libèrent des anticorps dans l’espace autour du cœur pour prévenir l’infection des poumons voisins. Les chercheurs ont également identifié une niche cellulaire enrichissante pour une hormone (4) qui pourrait être interprétée comme un signe avant-coureur d’insuffisance cardiaque.
Le Dr Michela Noseda, maître de conférences en pathologie moléculaire cardiaque au National Heart and Lung Institute de l’Imperial College de Londres, coordinatrice du Human Cell Atlas Heart BioNetwork et auteur principal, a déclaré : « Souvent, nous ne connaissons pas pleinement l’impact d’un nouveau que le traitement aura sur le cœur et ses impulsions électriques – cela peut signifier qu’un médicament est retiré ou ne parvient pas à être mis sur le marché. Notre équipe a développé la plateforme Drug2cell pour améliorer la façon dont nous évaluons les nouveaux traitements et comment ils peuvent affecter notre cœur, et potentiellement d’autres tissus aussi Cela pourrait nous fournir un outil inestimable pour identifier de nouveaux médicaments qui ciblent des cellules spécifiques, ainsi que pour aider à prédire tout effet secondaire potentiel dès le début du développement de médicaments.
Le professeur Metin Avkiran, directeur médical associé à la British Heart Foundation, qui a financé en partie la recherche avec le Centre allemand de recherche cardiovasculaire (DZHK), a déclaré : « En utilisant des technologies de pointe, cette recherche fournit des détails plus complexes sur les cellules qui fabriquent régions spécialisées du cœur humain et comment ces cellules communiquent entre elles.Les nouvelles découvertes sur le système de conduction électrique du cœur et sa régulation sont susceptibles d’ouvrir de nouvelles approches pour prévenir et traiter les troubles du rythme qui peuvent altérer la fonction cardiaque et même devenir mortelle. »
« La collaboration internationale est la clé du progrès scientifique. Cette étude percutante et d’autres découvertes de l’initiative plus large Human Cell Atlas sont d’excellents exemples de ce qui peut être réalisé lorsque la communauté internationale de la recherche travaille ensemble au-delà des frontières. Nos efforts combinés peuvent finalement produire de meilleurs résultats pour les patients. mondial. »
Le Dr Sarah Teichmann, auteur principal de l’étude de l’Institut Wellcome Sanger et coprésidente du comité d’organisation de l’Atlas des cellules humaines, a déclaré : « Cet Atlas des cellules cardiaques révèle la microanatomie cardiaque avec des détails sans précédent, y compris le système de conduction cardiaque qui permet à chaque battement de cœur , et constitue une référence précieuse pour l’étude des maladies cardiaques et la conception de thérapies potentielles.Une contribution importante à l’initiative mondiale Human Cell Atlas, qui cartographie chaque type de cellule dans le corps pour comprendre la santé et la maladie, il constituera la base d’une approche entièrement intégrée HCA Human Heart Cell Atlas. De plus, notre suite de méthodes informatiques aidera à identifier les possibilités de réutilisation des médicaments existants pour traiter des maladies dans d’autres tissus.
