Zebrafische können ihr Herz flexibel reparieren

Dass Zebra­fi­sche ihr Herz nach Schä­den rege­ne­rie­ren kön­nen, ist bereits bekannt. Nun zeigt eine Stu­die unter der Lei­tung der Uni­ver­si­tät Bern, dass Zebra­fi­sche ihr Herz nicht nach einem fixen Plan, son­dern auf eine fle­xi­ble Wei­se repa­rie­ren kön­nen. Dabei bau­en Zel­len aus ver­schie­de­nen Schich­ten die Herz­mus­keln wie­der auf. Die gewon­ne­nen Erkennt­nis­se könn­ten dazu die­nen, einen ähn­li­chen Repa­ra­tur-Pro­zess auch im mensch­li­chen Her­zen anzu­sto­ßen.

Der Zebra­fisch hat die erstaun­li­che Kapa­zi­tät, sein Herz sogar nach schwer­wie­gen­den Schä­den wie­der zu rege­ne­rie­ren. Dabei tei­len sich Herz­mus­kel­zel­len, um das ver­lo­re­ne Gewe­be zu erset­zen. Da die­ser Pro­zess im mensch­li­chen Herz nicht vor­han­den ist, sind For­schen­de auf der Suche nach den Mecha­nis­men, die beim Zebra­fisch dafür ver­ant­wort­lich sind. Ob alle Herz­mus­kel­zel­len in glei­chem Maße zur Repa­ra­tur des Zebra­fisch­her­zens bei­tra­gen und ob ver­schie­de­ne Vor­läu­fer­zel­len für ver­schie­de­ne Herz­seg­men­te vor­han­den sind, ist der­zeit unbe­kannt.

Ein Team um Dr. Nadia Mer­ca­der am Insti­tut für Ana­to­mie der Uni­ver­si­tät Bern konn­te nun in enger Zusam­men­ar­beit mit Mit­ar­bei­tern am For­schungs­in­sti­tut CNIC in Madrid und der Grup­pe von Dr. Chris­ti­an Mosi­mann an der Uni­ver­si­tät Zürich zei­gen, dass Herz­mus­kel­zel­len des Zebra­fi­sches höchst fle­xi­bel sind.

Die rege­ne­rie­ren­den Herz­mus­kel­zel­len kön­nen sich im aus­ge­wach­se­nen Her­zen anpas­sen, um den Zel­len in den ver­schie­de­nen Regio­nen der vor­mals defek­ten Herz­wand zu ähneln. Doch kön­nen im Zebra­fisch Herz­mus­kel­zel­len aus allen Tei­len des Her­zens bei der Repa­ra­tur hel­fen? Um dies zu beant­wor­ten, schau­te sich das Team auch die Früh­ent­wick­lung des Her­zens an.

Zel­len sind von Anfang an fle­xi­bel

Das Herz ist das ers­te Organ, das im ent­ste­hen­den Embryo sei­ne Funk­ti­on aus­übt. Bei der Herz­ent­wick­lung bil­det sich zuerst ein Herz­schlauch, der sogleich anfängt, Blut zu pum­pen, um den Orga­nis­mus mit Sauer­stoff zu ver­sor­gen. Gleich­zei­tig muss das Herz jedoch auch noch wei­ter­wach­sen. Dies wird ermög­licht durch den fort­lau­fen­den Anbau von neu­en Vor­läu­fer­zel­len an den Enden des anfäng­li­chen Herz­schlauchs. Wäh­rend die Zel­len des Herz­schlau­ches im aus­ge­wach­se­nen Her­zen mehr­heit­lich die lin­ke Herz­kam­mer bil­den, tra­gen die Zel­len, die spä­ter hin­zu­kom­men, vor allem zur Bil­dung der rech­ten Herz­kam­mer und der Vor­hö­fe bei.

Die Stu­die des Teams um Mer­ca­der zeigt nun, dass bereits bei der frü­hen Herz­ent­wick­lung ein hoher Grad an Plas­ti­zi­tät vor­han­den ist: wenn Mus­kel­zel­len des anfäng­li­chen Herz­schlau­ches zer­stört wer­den, über­neh­men die spä­ter hin­zu­kom­men­den Zel­len die ursprüng­li­che Funk­ti­on, trotz ihrer eigent­lich ande­ren anfäng­li­chen Auf­ga­ben­stel­lung.

«Die­se Ergeb­nis­se sind inter­es­sant, da uner­war­tet», sagt Nadia Mer­ca­der. «Sie las­sen ver­mu­ten, dass ein Herz auf ver­schie­de­ne Wei­sen wie­der neu auf­ge­baut wer­den kann – wahr­schein­lich nicht nach einem fixen Plan.» Ein bes­se­res Ver­ständ­nis davon, was die­se Fle­xi­bi­li­tät im Zebra­fisch­herz ermög­licht, könn­te laut den For­schen­den von gro­ßer Bedeu­tung sein, um den­sel­ben Repa­ra­tur-Pro­zess auch im mensch­li­chen Her­zen anzu­re­gen.

Die Stu­die wur­de im Fach­jour­nal «Natu­re Com­mu­ni­ca­ti­ons» ver­öf­fent­licht.

Biblio­gra­phi­sche Anga­ben:
San­chez-Iran­zo, H., Galar­di-Cas­til­la, M., Min­guil­lon, C., Sanz-More­jon, A., Gon­za­lez-Rosa, J.M., Fel­ker, A., Ernst, A., Guz­man-Mar­ti­nez, G., Mosi­mann, C., Mer­ca­der, N., 30.01.2018: Tbx5a lineage tra­cing shows car­dio­myo­cy­te plasti­ci­ty during zebra­fish heart rege­ne­ra­ti­on. Nat Com­mun 9:428, 1–13, doi: doi:10.1038/s41467-017–02650-6

Quelle
Universität Bern, 06.02.2018
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