Ka-thump. Ka-thump. Ka-thump. Bien que nous le remarquions à peine la plupart du temps, le battement régulier d’un cœur humain est une performance incroyablement complexe. Comme un orchestre, des milliers de cellules doivent maîtriser leurs performances individuelles et travailler ensemble.
Une équipe de scientifiques a maintenant créé le premier atlas des cellules cardiaques humaines, une collection de cartes montrant près d’un demi-million de cellules cardiaques et identifiant le rôle de chacune dans la symphonie du cœur. Les chercheurs ont examiné six régions dans 14 cœurs de donneurs en bonne santé, créant une base de données détaillée qui fournit une nouvelle base de comparaison pour étudier les maladies cardiaques, la principale cause de décès dans le monde.
Pour comprendre ce qui ne va pas dans diverses formes de maladies cardiaques, « nous devons d’abord savoir ce qui est normal », explique Christine Seidman, chercheuse au Howard Hughes Medical Institute, généticienne cardiovasculaire à l’Université Harvard et directrice du Centre de génétique cardiovasculaire à l’Hôpital Brigham and Women’s. Seidman et ses collègues décrivent le nouvel atlas cardiaque le 24 septembre 2020 dans la revue Nature.
« Je peux résumer mes pensées en un mot: monumental », explique le cardiologue Douglas Mann de la Faculté de médecine de l’Université de Washington à Saint-Louis, qui n’a pas participé à l’étude. « Je pense que c’est un très grand accomplissement et que ce sera une formidable source de référence pour le domaine. »
Les cellules cardiaques se sont révélées particulièrement difficiles à étudier. Contrairement à certaines cellules cancéreuses et à d’autres tissus, il n’y a pas de cellules cardiaques qui peuvent être cultivées indéfiniment en laboratoire et étudiées. Au lieu de cela, de nombreuses recherches cardiaques sont effectuées à l’aide de souris, dont le cœur présente des différences importantes par rapport au cœur humain.
Et les cœurs humains en bonne santé peuvent être difficiles à trouver (la plupart sont utilisés dans les greffes). L’équipe de Seidman s’est appuyée sur les cas inhabituels dans lesquels des cœurs sains ont été rejetés pour la transplantation et ont pu être congelés pour être utilisés dans la recherche. Tout d’abord, les chercheurs ont utilisé une méthode de séquençage à haut débit pour définir les caractéristiques individuelles de chaque cellule cardiaque. Ils ont ensuite cartographié ces cellules dans six régions de 14 cœurs humains, sept d’hommes et sept de femmes. « Pour la première fois, nous avons un code postal pour chaque cellule afin de savoir à quelle population elle appartient », explique Seidman.
L’équipe a également analysé les niveaux d’ARN des cellules cardiaques à l’aide de marqueurs fluorescents pour glaner des détails moléculaires de leur fonction. Identifier non seulement où se trouvent les cellules, mais quelles protéines elles produisent, sera une aubaine particulière pour la recherche, dit Mann. Par exemple, en comparant les cellules des cœurs malades à celles des cœurs sains à l’aide de l’atlas, les chercheurs pourraient identifier les différences et cibler de nouvelles thérapies pour les maladies cardiaques.
Bien que les chercheurs aient étudié un groupe relativement restreint de cœurs (« quatorze personnes ne peuvent pas reproduire la population mondiale », dit Seidman), le nouvel atlas a révélé quelques surprises biologiques. L’équipe a découvert une diversité cellulaire jusque-là inconnue dans diverses parties du cœur. Ils ont également découvert des différences entre les cœurs sains des hommes et des femmes; les femelles avaient une plus grande proportion de cellules du muscle cardiaque, appelées cardiomyocytes, que les mâles. Cela justifie plus de recherches, dit Seidman, car ces cellules pourraient contenir des indices sur les différences de maladies cardiaques entre les sexes.
Pourtant, « ce que nous voyons est une hétérogénéité frappante in en termes de divers types de cellules que nous savons maintenant constituer le tissu du cœur humain, et en termes de différences régionales au sein du cœur », explique le cardiologue Hugh Watkins de l’Université d’Oxford en Angleterre, qui ne faisait pas partie de l’équipe d’étude. « C’est certainement un organe beaucoup plus compliqué que beaucoup auraient pu l’imaginer! »
L’atlas fait partie de l’initiative Human Cell Atlas, un effort financé par l’Initiative Chan Zuckerberg pour cartographier tous les types de cellules du corps humain. « Il faut un grand village pour le faire », dit Seidman. Son groupe a travaillé avec une équipe internationale d’experts sur tout, de la chirurgie cardiaque à la biologie computationnelle, afin de créer l’atlas de la base de données. Toutes les données sont disponibles à http://www.heartcellatlas.org.
Ensuite, Seidman et ses collègues espèrent étendre l’atlas à une population plus diversifiée (les cœurs initiaux provenaient tous de donneurs blancs). Ils commencent également à comparer les protéines produites dans les cellules cardiaques saines à celles touchées par une maladie cardiaque.
« En temps voulu, ce que nous voulons vraiment savoir, c’est comment les différents types de cellules s’emboîtent au niveau microscopique et fonctionnel », explique Watkins. « C’est un autre objectif ambitieux, mais l’atlas fourni ici est un début passionnant. »