Ερευνητές του University of California Los Angeles Health Sciences βρήκαν ότι τα υψηλά επίπεδα γλυκόζης – είτε προκαλούνται από διαβήτη είτε από άλλους παράγοντες – εμποδίζουν τα καρδιακά κύτταρα να ωριμάσουν. Τα ευρήματά τους εξηγούν γιατί τα μωρά που γεννιούνται από γυναίκες με διαβήτη είναι πιο πιθανό να αναπτύξουν συγγενείς καρδιακές παθήσεις.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό eLife από τον Atsushi Nakano, αναπληρωτή καθηγητή μοριακής, κυτταρικής και αναπτυξιακής βιολογίας και τους συνεργάτες του.
Όταν αναπτύσσονται καρδιακά κύτταρα που εκτίθενται σε υψηλά επίπεδα γλυκόζης, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα κύτταρα αυτά δημιουργούν περισσότερα δομικά στοιχεία του DNA από το συνηθισμένο, γεγονός που τα οδηγεί να αναπαράγονται παρά να ωριμάζουν.
“Τα υψηλά επίπεδα σακχάρου στο αίμα δεν είναι μόνο ανθυγιεινά για τους ενήλικες, είναι ανθυγιεινά και για την ανάπτυξη των εμβρύων”, δήλωσε ο Nakano. «Η κατανόηση του μηχανισμού με τον οποίο τα υψηλά επίπεδα σακχάρου στο αίμα προκαλούν ασθένεια στο έμβρυο μπορεί τελικά να οδηγήσει σε νέες θεραπείες”.
Αν και η γενετική παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη συγγενούς καρδιακής νόσου, ο κύριος μη γενετικός παράγοντας κινδύνου για τη νόσο είναι η μητέρα που πάσχει από διαβήτη κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης.
Τα μωρά που γεννιούνται από γυναίκες με υψηλά επίπεδα γλυκόζης στο αίμα τους κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης είναι 2 έως 5 φορές πιο πιθανό να αναπτύξουν τη διαταραχή από άλλα μωρά. Ωστόσο, οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να προσδιορίσουν την ακριβή επίδραση της γλυκόζης στο αναπτυσσόμενο έμβρυο.
Ο Nakano και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα για να αναπτύξουν καρδιακά μυϊκά κύτταρα (καρδιομυοκύτταρα) στο εργαστήριο και στη συνέχεια τα εξέθεσαν σε ποικίλα επίπεδα γλυκόζης. Τα κύτταρα που εκτέθηκαν σε μικρές ποσότητες γλυκόζης ωρίμασαν κανονικά. Αλλά τα καρδιομυοκύτταρα που είχαν εκτεθεί σε υψηλά επίπεδα γλυκόζης ωρίμασαν αργά ή απέτυχαν να ωριμάσουν εντελώς, και αντ’ αυτού δημιουργήθηκαν περισσότερα ανώριμα κύτταρα.
Επηρεάζεται η οδός της φωσφορικής πεντόζης
Οι ερευνητές ανακάλυψαν πως όταν εκτίθενται σε επιπλέον γλυκόζη, τα καρδιακά μυικά κύτταρα υπερεκτιμούν την οδό της φωσφορικής πεντόζης – μια κυτταρική διαδικασία που, μεταξύ άλλων, δημιουργεί νουκλεοτίδια, τα δομικά στοιχεία του DNA. Σε κύτταρα με υψηλά επίπεδα γλυκόζης, η οδός της φωσφορικής πεντόζης δημιούργησε περισσότερα νουκλεοτίδια από το συνηθισμένο. Οι επιστήμονες έδειξαν ότι η περίσσεια των νουκλεοτιδίων απέτρεψε τα κύτταρα από το να ωριμάσουν.
“Η περισσότερη διατροφή θεωρείται γενικά ότι είναι καλύτερη για τα κύτταρα, αλλά εδώ βλέπουμε ακριβώς το αντίθετο”, δήλωσε ο Nakano. “Με τη μείωση της γλυκόζης στο σωστό σημείο, μπορούμε να περιορίσουμε τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, και να δοθεί ώθηση στην ωρίμανση ενισχύοντας τον καρδιακό μυ”.
Η ομάδα του Nakano παρατήρησε το ίδιο πράγμα και σε ποντίκια που προήλθαν από μητέρες με διαβήτη κατά την εγκυμοσύνη: τα καρδιακά κύτταρα των εμβρύων διαχωρίστηκαν γρήγορα αλλά ωρίμασαν αργά.
Ο Nakano δήλωσε ότι το εύρημα θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλύτερες μεθόδους παραγωγής καρδιομυοκυττάρων από βλαστοκύτταρα.
Σήμερα, τα περισσότερα πρωτόκολλα για την παραγωγή καρδιομυοκυττάρων στο εργαστήριο οδηγούν σε ανώριμα κύτταρα, αλλά η στόχευση της οδού της φωσφορικής πεντόζης μπορεί να βοηθήσει στην παραγωγή πιο ώριμων κυττάρων για την αναγέννηση των καρδιακών κυττάρων ή για ερευνητικούς σκοπούς.
Ανθρώπινα καρδιακά κύτταρα που αναπτύσσονται από βλαστικά κύτταρα. Παρουσιάζουν λιγότερο ισχυρές μυϊκές ίνες (πράσινες) σε συνθήκες υψηλής γλυκόζης (αριστερά) σε σύγκριση με μειωμένες συνθήκες γλυκόζης (δεξιά).
Η συγγενής καρδιοπάθεια επηρεάζει σχεδόν 1 στα 100 παιδιά που γεννιούνται στις ΗΠΑ, καθιστώντας την ένα συνηθισμένο γενετικό ελάττωμα. Η σοβαρότητα των συμπτωμάτων που προκαλεί ποικίλλει, κυμαινόμενη από έναν ελαφρώς εξασθενημένο καρδιακό μυ και χωρίς συμπτώματα, μέχρι σοβαρές καρδιακές παραμορφώσεις που απαιτούν χειρουργική επέμβαση.
Η οδός της φωσφορικής πεντόζης ως στόχος για την καρδιακή ωρίμανση καλύπτεται από προσωρινή αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας που κατατέθηκε από την UCLA Technology Development Group εξ ονόματος του University of California Regents, από τον Atsushi Nakano και τον Haruko Nakano, βοηθό ερευνητή της UCLA, ως εφευρέτες.
