Arrivare al cuore dell'arterializzazione coronarica / Getting to the heart of coronary arterialization

 Arrivare al cuore dell'arterializzazione coronarica / Getting to the heart of coronary arterialization

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori hanno scoperto nuovi dettagli sul meccanismo di formazione delle nuove arterie nel cuore, informazioni che potrebbero aprire la strada allo sviluppo di nuove terapie per l'ischemia cardiaca.

Un gruppo di ricercatori del Centro Max Delbrück (Berlino, Germania) ha studiato le cellule pre-arteriose cardiache, svelando un aspetto finora sconosciuto del loro sviluppo, al fine di comprendere i meccanismi alla base dell'arterializzazione coronarica. Precedenti ricerche avevano identificato le cellule pre-arteriose cardiache come un tipo di cellula endoteliale capillare che aumenta l'espressione dei marcatori delle arterie mature e contribuisce alla formazione delle arterie coronarie, ma i meccanismi sottostanti sono ancora poco noti. Chiarire i meccanismi alla base dello sviluppo delle cellule pre-arteriose cardiache potrebbe aprire la strada a nuove terapie per il trattamento dei danni al tessuto cardiaco.

L'ischemia cardiaca è una condizione caratterizzata dal blocco parziale o completo delle arterie coronarie, che determina una riduzione del flusso sanguigno al muscolo cardiaco. Gli attuali interventi terapeutici mirano ad alleviare i sintomi della patologia migliorando il flusso sanguigno al cuore e riducendo così il rischio di infarto. Poiché l'ischemia cardiaca rappresenta una delle principali cause di morbilità e mortalità, comprendere le complessità dei segnali molecolari, cellulari e strutturali coinvolti nel processo di arterializzazione coronarica è fondamentale per lo sviluppo di strategie rigenerative che promuovano la rivascolarizzazione del tessuto cardiaco ischemico.

Combinando il sequenziamento di singole cellule con la mappatura spazio-temporale 3D, i ricercatori sono stati in grado di svelare gli stati trascrizionali delle cellule endoteliali cardiache prelevate da topi in quattro diverse fasi tra lo stadio embrionale e quello adulto. Il gruppo ha dimostrato che le cellule pre-arteriose cardiache presentano le caratteristiche tipiche delle "cellule apicali". Le cellule apicali sono un tipo di cellula specializzata che risponde a stimoli ambientali, indirizzando la crescita dei vasi sanguigni in una direzione specifica. I risultati suggeriscono che le cellule pre-arteriose cardiache derivino da cellule apicali in fase di gemmazione, contribuendo alla formazione delle arterie coronarie e delle strutture del tunnel endocardico.

Prima di questo studio, si riteneva che gli stimoli meccanici – come la velocità del flusso sanguigno nelle arterie – guidassero lo sviluppo arterioso di caratteristiche specifiche, quali lunghezza e diametro. Tuttavia, i risultati di questo studio dimostrano che, durante la gemmazione delle cellule apicali, le cellule pre-arteriose sono predisposte a svilupparsi in cellule arteriose prima ancora di essere esposte a questi stimoli meccanici.

"Ora sappiamo che non è solo il flusso sanguigno a segnalare alle cellule endoteliali vascolari di trasformarsi in arterie, ma anche che le cellule apicali si trasformano in cellule pre-arteriose per poi diventare arterie", ha affermato Holger Gerhardt, coautore dello studio. "Sorprendentemente, abbiamo scoperto che non tutte le cellule apicali hanno la capacità di formare arterie, il che apre la prospettiva di aumentare selettivamente questo pool di cellule a fini terapeutici".

Il gruppo si è inoltre proposto di studiare la conservazione delle cellule pre-arteriose in diverse specie. L'analisi di dati trascrittomici precedentemente pubblicati su tessuto cardiaco embrionale umano ha rivelato una firma trascrizionale simile a quella osservata nella popolazione di cellule pre-arteriose murine, suggerendo che questo potrebbe essere un meccanismo conservato durante lo sviluppo. Non solo hanno osservato questo meccanismo durante lo sviluppo, ma hanno anche riscontrato un aumento della popolazione di cellule pre-arteriose in risposta ad un danno ischemico, suggerendo che il processo di specificazione delle cellule apicali in arterie può essere riattivato in seguito ad un infarto.

Elena Cano, autrice principale dello studio, ha commentato: "Questo è un passo avanti. Si tratta di un nuovo meccanismo che possiamo potenzialmente modificare durante la rigenerazione per verificare se siamo in grado di formare nuove arterie per un ripristino ottimale dell'afflusso di sangue". Fornendo nuove prove del ruolo svolto dalle cellule pre-arteriose cardiache nello sviluppo di nuove arterie, i risultati di questo studio potrebbero guidare lo sviluppo di nuove terapie rigenerative volte a invertire il danno al muscolo cardiaco.

ENGLISH

Researchers have uncovered new details about the mechanism by which new arteries form in the heart, potentially informing development of novel therapeutic interventions for cardiac ischemia.

A team of researchers from the Max Delbrück Center (Berlin, Germany) have investigated cardiac pre-arterial cells, detailing an unknown part of their development, to understand the underlying mechanisms behind coronary arterialization. Previous research has identified cardiac pre-arterial cells as a type of capillary endothelial cell that upregulates mature artery markers and contributes to coronary artery assembly, but little is known about its underlying mechanisms. By illuminating the underlying mechanisms of cardiac pre-arterial cells, the development of novel therapeutic interventions for heart tissue damage could be on the horizon.

Cardiac ischemia is a condition characterized by the partial or complete blockage of the coronary arteries, which results in reduced blood flow to the heart muscle. Current therapeutic interventions are aimed at alleviating the symptoms of the condition by improving blood flow to the heart, thus reducing the risk of a heart attack. With the condition being a leading cause of morbidity and mortality, understanding the intricacies of the molecular, cellular and structural cues involved in the process of coronary arterialization is key to driving the development of regenerative strategies that promote revascularization in ischemic heart tissue.

By combining single-cell sequencing with 3D spatiotemporal mapping, the researchers were able to unravel the transcriptional states of cardiac endothelial cells taken from mice at four different stages between the embryonic and adult stage. The team demonstrated that cardiac pre-arterial cells exhibit ‘tip cell’ signatures. Tip cells are a type of specialized cell that responds to environmental cues, directing growing vessels in a specific direction. The findings suggest that cardiac pre-arterial cells are derived from sprouting tip cells, contributing to coronary artery and endocardial tunnel structures.

Prior to this study, it was believed that mechanical cues – the velocity of blood flowing through arteries, for example – drove arterial development of specific features, such as length and diameter. However, findings from this study provide evidence that during tip cell sprouting, pre-arterial cells are primed to develop into arterial cells prior to exposure to these mechanical cues.

“Now we know that it is not only flow that signals vascular endothelial cells to become arteries, but that tip cells transition into pre-arterial cells to eventually become arteries,” stated Holger Gerhardt, co-author of the study. “Surprisingly, we find that not all tip cells have the capacity to form arteries, raising the prospect of selectively increasing this pool of cells for therapeutic purposes.”

The team also set out to investigate the conservation of pre-arterial cells across different species. Analysis of previously published transcriptomic data from human embryonic heart tissue revealed a similar transcriptional signature to that observed in the murine pre-arterial cell population, suggesting that this may be a conserved mechanism during development. Not only did they observe this mechanism during development, but they also observed an increase in the pre-arterial cell population in response to ischemic injury, suggesting that the process of tip cell-to-artery specification can be reactivated following a heart attack.

Lead author of the study Elena Cano commented, “This is a step forward. It is a new mechanism that we can potentially tweak during regeneration to see whether we can form new arteries for optimal restoration of blood supply.” By providing new evidence of the role that cardiac pre-arterial cells play in the development of new arteries, the findings of this study could drive development of novel regenerative therapies aimed at reversing heart muscle damage.

Da:

https://www.biotechniques.com/cell-and-tissue-biology/getting-to-the-heart-of-coronary-arterialization/