Аннотация
Эпигенетические механизмы и сети транскрипционных факторов, необходимые для дифференцировки миоцитов сердца, были раскрыты. Однако изменение формы эпигенома этих терминально дифференцированных клеток во время развития плода, постнатального созревания и при заболевании остается неизвестным. Здесь мы исследуем динамику эпигенома миоцитов сердца во время развития и при хронической сердечной недостаточности. Мы обнаружили, что пренатальное развитие и постнатальное созревание характеризуются взаимодействием активного метилирования CpG и меток гистонов в положении, регулирующие и генные области для формирования транскриптом миоцитов сердца. Напротив, патологическая экспрессия генов при терминальной сердечной недостаточности сопровождается изменениями в метках активного гистона без значительных изменений метилирования CpG и репрессивных меток хроматина. Примечательно, что области в миоцитах сердца значительно обогащены для вариантов, связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Это исследование раскрывает различные слои эпигенетической регуляции не только во время внутриутробного развития и постнатального созревания, но и в заболевших миоцитах сердца человека.
Введение
Сердце является первым органом, который развивается во время эмбриогенеза.
Общие принципы развития сердца были детально изучены на морфологической и молекулярной основе. Эти исследования идентифицировали ключевые сигнальные события и сети транскрипционных факторов, которые участвуют в спецификации и дифференцировке миоцитов сердца (CMs). Многие из этих переходов связаны с изменениями экспрессии генов. Это, в свою очередь, регулируется эпигенетическими процессами, включая метилирование CpG (mCpG) и модификации гистонов. Тем не менее, детальные эпигенетические процессы, вовлеченные в созревание от эмбриональных CM до взрослых и в сердечной болезни, приводящей к терминальной сердечной недостаточности, еще не были полностью раскрыты.
Эпигенетические исследования в сердцах людей выявили изменение mCpG при хронической сердечной недостаточности. Из-за технических ограничений эти исследования проводились в тканях сердца, и поэтому тип пораженных клеток не мог быть идентифицирован. Эпигенетические механизмы в высокой степени зависят от типа клеток и требуют методов разделения клеток для определения эпигеномных особенностей в конкретном типе клеток, особенно с учетом того, что клеточный состав сердца человека очень динамичен.
В исследованиях на мышах использовалась ферментативная диссоциация по методу Лангендорфа или дополнительная очистка диссоциированных клеток сердца с помощью проточной цитометрии, изучив специфические особенности типа клеток транскриптома CM и эпигенома соответственно. Очистка ядер CM методом флуоресцентной сортировки позволила идентифицировать характерные для типа клеток признаки mCpG и модификации гистонов в CM во время развития и созревания сердца мыши. Основываясь на этом методе, использовали стратегию ядерного окрашивания для выделения ядер CM из интактной пренатальной и постнатальной сердечной ткани человека и подвергли эти ядра всестороннему анализу эпигенома во время пренатального развития, постнатального созревания и при сердечной недостаточности.
Здесь описывается эпигеном CM человека вовремя пренатального развития и постнатального созревания сердца от младенческого до взрослого возраста и при терминальной недостаточности. Мы обнаружили, что в течение нормальной продолжительности жизни CMs регуляция генов в основном регулируется динамическими mCpG и каноническими гистоновыми метками в дистальных регуляторных и генных областях. В отличие от предыдущих результатов в ткани сердца, экспрессия патологической генной программы при сердечной недостаточности сопровождалась не изменениями в метиломе ДНК CM, а активными гистоновыми метками.
Кроме того, исследование предоставляет функциональную карту не кодирующего генома человеческих КМ на протяжении всей жизни. Связывание этой функциональной аннотации с известными генетическими полиморфизмами выявило наличие полиморфизмов, связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, в активных энхансерах CM.