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Un segno istologico caratteristico dell'insufficienza cardiaca è la perdita di cardiomiociti (CM), a seguito di lesione, senescenza o apoptosi1. Il reintegro del miocardio perduto o disfunzionale attraverso la rigenerazione dei tessuti rappresenta una potenziale strategia terapeutica per la cura dei pazienti con insufficienza cardiaca. Negli ultimi decenni, i progressi fondamentali nella biologia dello sviluppo e rigenerativa hanno portato alla luce una limitata capacità del cuore dei mammiferi di reintegrare i CM persi 2,3,4,5. Questo entusiasmante lavoro ha sollevato la possibilità che i meccanismi di crescita innati possano essere utilizzati per la rigenerazione. Poiché le risposte rigenerative innate sono funzionalmente assenti nel cuore adulto dei mammiferi, sono necessari metodi per migliorare la robustezza della riparazione endogena per realizzare la rigenerazione terapeutica del cuore.
I meccanismi per la rigenerazione innata del cuore sembrano essere conservati in tutte le specie. A seguito di lesioni, i CM preesistenti proliferano per generare nuovi CM nel pesce zebra 6,7, nei tritoni 8,9, nei topi 4,10, nei ratti11 e nei maiali12,13. Di conseguenza, molti gruppi stanno cercando di identificare mitogeni in grado di promuovere la cardiomiogenesi. Tuttavia, questo lavoro è impegnativo. Non solo il compito di far proliferare i CM dei mammiferi adulti è scoraggiante, ma essere in grado di identificare eventi proliferativi rari è difficile 1,14. La sfida di identificare i CM ciclici rari è aggravata dalla tendenza dei CM adulti dei mammiferi a sottoporsi preferenzialmente all'endomitosi. Ad esempio, dopo una lesione al cuore del topo, quasi il 25% dei CM nella zona di confine rientra nel ciclo cellulare, ma solo il 3,2% dei CM si dividein 4. Poiché la maggior parte dei CM ciclici duplica il proprio genoma ma non riesce a sottoporsi a citochinesi, il semplice test di un aumento del numero di CM ciclici è ambiguo per la cardiomiogenesi in buona fede. Pertanto, i saggi per l'incorporazione nucleosidica da parte dei CM o per la presenza di marcatori proliferativi sui CM potrebbero non indicare completamente la rigenerazione. Man mano che emergono più fattori candidati per la rigenerazione del cuore, sono necessari test per identificare meglio l'iperplasia CM.
L'analisi clonale mediante tracciamento del lignaggio è un approccio prezioso per il dosaggio della cardiomiogenesi perché consente la visualizzazione diretta delle cellule e della loro progenie. Gli approcci tradizionali per l'analisi clonale prevedono la rara marcatura di singole cellule con un gene reporter. Tuttavia, il tracciamento della linea monocolore di cellule rare può essere di valore limitato per eventi poco frequenti come la proliferazione di CM perché le probabilità di marcare un CM proliferante sono basse15. In alternativa, il tracciamento del lignaggio multicolore può aumentare la sensibilità per l'analisi clonale16. In breve, le singole cellule sono geneticamente marcate con una delle numerose proteine fluorescenti a caso, in modo tale che le cellule proliferanti generino gruppi di cellule di colore omogeneo che possono essere risolti dalle cellule fluorescenti vicine. Questo metodo è stato utilizzato per tracciare la crescita in una varietà di organi ed è stato più recentemente applicato agli studi sulla rigenerazione del cuore dei mammiferi17,18. Mentre il tracciamento del lignaggio multicolore può rilevare l'espansione clonale dei CM negli stadi embrionali e neonatali, le risposte rigenerative innate non sono facilmente rilevabili nel cuore del topo adulto dopo un danno cardiaco17,19. Un approccio per migliorare la sensibilità del tracciamento del lignaggio multicolore sarebbe quello di aumentare il livello di etichettatura e aumentare la probabilità di visualizzare eventi rari. Tuttavia, un'etichettatura più ampia ha il costo di non essere in grado di distinguere le cellule marcate in modo simile come originarie di un antenato comune rispetto alle cellule che sono state marcate in modo indipendente con lo stesso fluoroforo. Qui viene presentato un protocollo che utilizza la modellazione del vicino più vicino per identificare i CM clonalmente correlati nel cuore del topo neonatale. Questo metodo è imparziale, quantitativo e funziona su una vasta gamma di condizioni di etichettatura.