Полиплоидный миокард. Полиплоидная печень. Различия роста.

При изучении сердец более двадцати видов млекопитающих обнаружили, что до 80% их миоцитов являются полиплоидными клетками. (Фото с сайта penntoday.upenn.edu)

Миокард всех изученных млекопитающих образован полиплоидными сократимыми клетками, миоцитами. Время полиплоидизации в онтогенезе запрограммировано, что доказывают опыты с трансплантатами миокарда. Далее рост миокарда осуществляется только путем увеличения массы цитоплазмы миоцитов. В клетках печени, гепатоцитах, митозы возможны всю жизнь животных и человека: при повреждениях печени клетки могут делиться или полиплоидизироваться. Главная значимость полиплоидизации клеток — устойчивость полиплоидного генома. Существенна также численность клеток органа, что влияет на синхронизацию его функций.

Клеточная полиплоидия, как известно, общебиологическое явление, распространенный способ роста и дифференцировки органов животных и человека. В статье приведены данные не отмеченные или искаженные в современных обзорах по клеточной полиплоидии (2020-2023 годы). Основные из них следующие. Клетки полиплоидизируются в результате обычного, но незавершенного митоза, в результате образуются или двуядерные клетки с четырьмя геномами в одной клетке или при остановке в середине митоза одноядерные с полиплоидным ядром. При изучении более двадцати видов млекопитающих обнаружили, что все их миокарды образованы полиплоидными миоцитами, двуядерными и одноядерными. Митозы прекращаются в молодости: у крысы на 21-23 день после рождения, а у человека в 10-12 лет. Трансплантаты кусочков миокарда новорожденной крысы под капсулу почки взрослой крысы полиплоидизируются в те же сроки, что в онтогенезе крысы. Таким образом, обоснована программа на время пролиферации миоцитов. Дальнейший рост миокарда обеспечивается только увеличением массы цитоплазмы неделящихся миоцитов, что игнорируется в других обзорах. Общий вклад делений миоцитов в раннем онтогенезе крысы в рост миокарда соответствует росту примерно в 1,5 раза. За счет последующей их полиплоидизации миокард увеличивается в весе еще в 2,5 раза. Затем уже после полного блока митозов миокард продолжает расти только путем увеличения массы цитоплазмы еще в 4 раза.

В печени крысы и мыши митозы основных клеток, гепатоцитов, в процессе роста органа завершаются также на 21-23 день, но затем вплоть до старости гепатоциты могут входить в митотический цикл, делиться и полиплоидизироваться. Так, многократное удаление части печени у одной и той же мыши за полгода привело к гигантскому увеличению плоидности гепатоцитов. Печень функционировала нормально и мышь жила до старости. Значение полиплоидного генома, кроме формы роста ткани, в умножении числа аллелей. При генетическом повреждении печени все диплоидные клетки гибли, а с полиплоидными клетками мышь долго жила.

Другой важный аспект — снижение числа клеток в органе. Полиплоидные клетки активнее диплоидных, поэтому в полиплоидном миокарде меньше клеток, чем было бы в диплоидном органе. Это существенно для регуляции синхронной работы клеток. Еще одна особенность полиплоидии относится только к кардиомиоцитам. Все изученные клетки, кроме них, удваивают свою массу и, соответственно, активность метаболизма при полиплоидизации. Рост миоцитов в нормальном онтогенезе крысы или человека не соответствует увеличению генома. Белковая масса тетраплоидных кардиомиоцитов соответствует не четырем, а только трем геномам, а октаплоидные миоциты примерно вдвое легче, чем можно было бы ожидать по их геному. При инфаркте миокарда в первой компенсаторной его фазе масса кардиомиоцитов дорастает до дозы генов. Таким образом, чем более полиплоидный миокард, тем больше резерв роста при патологии. А у здоровых молодых людей (гибель при несчастных случаях) чрезвычайно высокая вариабельность генома: от в среднем тетраплоидного до с высоким процентом клеток с восемью или шестнадцатью наборами хромосом.

Эти данные не приведены в других обзорах. Нет в них и наших экспериментальных данных, прояснивших возможные причины вариабельности. Новорожденных крысят выращивали в гнездах по 4 или 16 (норма 8). Ко дню отъема (21-23 дня, когда блокируются митозы, см. выше) у голодавших крысят было заметно меньше кардиомиоцитов, и они не имели высокоплоидных клеток, обычных у интенсивно питающихся. Таким образом, вариабельность генома миокарда может определяться условиями жизни крысы (и человека?) в раннем детстве. В итоге, статья в Журнале общей биологии существенно дополнила сведения о росте и регенерации (компенсации функций) сердца и печени.