Het hart is het eerste orgaan dat tijdens de embryonale ontwikkeling wordt gevormd. Dit proces omvat de spatiotemporele coördinatie van verschillende populaties voorlopercellen uit verschillende delen van het embryo. Dit alles gebeurt terwijl het zich ontwikkelende hart blijft kloppen en functioneren, met de nadruk op de opmerkelijke coördinatie die nodig is voor de vormingervan 1,2,3. Gezien de cruciale rol van het hart is een strakke regulatie op cellulair en moleculair niveau essentieel voor de juiste vorming ervan 4,5. Het identificeren van de mechanismen die de ontwikkeling van het hart regelen, is van groot belang geweest, omdat ze cruciaal zijn voor het ontrafelen van aangeboren hartaandoeningen, die een aanzienlijk aantal patiënten wereldwijdtreffen6. Bovendien is het begrijpen van de ontwikkeling van het hart cruciaal bij het ontcijferen van hartregeneratie, aangezien postnatale zoogdierharten een regeneratief vermogen behouden dat op volwassen leeftijd verloren gaat of wordt belemmerd 7,8. Daarom is het ontleden van moleculaire regulatoren van de ontwikkeling van het hart absoluut noodzakelijk om de onderzoeksinspanningen op het gebied van aangeboren hartaandoeningen en hartregeneratie te bevorderen.
Bij het nastreven van dit doel is er een groeiende focus op het onderzoeken van de rol van het epicardium in de ontwikkeling en regeneratie van het hart. Het epicardium is een dunne laag mesotheelweefsel die de buitenste laag van het hart van zoogdieren vormt (figuur 1). Recente studies hebben het belang van het epicardium tijdens hartletsel aangetoond, waaruit blijkt dat dit weefsel in staat is om proliferatiesignalen naar cardiomyocyten in het getroffen gebied te sturen om de schade te beperken10,11. Ondanks het belang van het epicardium, is het uitvoeren van verder moleculair onderzoek uitgedaagd door de immense heterogeniteit ervan. Single-cell RNAseq-experimenten hebben de heterogeniteit van het epicardium onthuld, met subpopulaties van meerdere cellen met verschillende transcriptomische handtekeningen 12,13,14,15,16. Een strategie om potentiële regulatoren van de cardiale ontwikkeling te screenen, moet dus rekening houden met de diversiteit van epicardiale voorlopercellen.
In die zin heeft de gevoeligheid van het muismodel voor genetische modificatie de identificatie van talrijke genen die cruciaal zijn voor de ontwikkeling van het hart vergemakkelijkt, waardoor mutante lijnen met gain-of-function (GOF) of loss-of-function (LOF) van specifieke genen kunnen worden gegenereerd. Deze benaderingen impliceren echter een aanzienlijke investering van tijd en experimentele middelen; Daarom zijn ze onpraktisch bij het beoordelen van de rollen van een groot aantal kandidaat-genen. Bovendien oefenen ontwikkelingsgenen vaak pleiotrope functies uit in verschillende weefsels of zijn ze nodig voor de vroege embryonale ontwikkeling, waardoor de interpretatie van hun bijdrage aan de ontwikkeling in een specifiek proces wordt belemmerd. Hoewel het mogelijk is om de genfunctie te richten op specifieke structuren of ontwikkelingstijdstippen, vereist dit meestal het gebruik van complexere genetische constructies, die moeilijk te genereren kunnen zijn of over het algemeen niet beschikbaar zijn.
Om deze beperkingen te overwinnen, presenteren we een methodologie om embryonale harten van muizen te elektropoleren voor voorbijgaande transgenese (Figuur 2). In combinatie met ex vivo-cultuur en fluorescentie-geactiveerde celsortering (FACS), demonstreert deze strategie zijn mogelijkheden door middel van voorbijgaande GOF van Meis1, een goed gekarakteriseerd gen dat betrokken is bij de ontwikkeling en regeneratie van het hart 17,18,19. In dit artikel worden ook andere mogelijke toepassingen van deze methodologie onderzocht en worden de voordelen en beperkingen ervan besproken, evenals vergeleken met bestaande protocollen voor het tijdelijk moduleren van genexpressie. Wij zijn van mening dat het gepresenteerde raamwerk en de visuele voorbeelden het begrip van de epicardiumbiologie tijdens ontwikkeling en ziekte zullen vergroten.

Figuur 1: Embryonale hartlagen van muizen. Schematisch diagram van een coronaal aanzicht van een E13-14 muisembryonaal hart. De drie belangrijkste cellulaire lagen van het hart worden weergegeven in geel (endocardium), rood (myocardium) en blauw (epicardium). Het hartzakje wordt weergegeven in een bruine lijn. De vier kamers van het hart worden afgekort als LV, linkerventrikel; RV, rechter ventrikel; LA, linker atrium; RA, rechter atrium. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Schematisch overzicht van het hartelektroporatieprotocol. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.