Ein erwachsener Zebrafisch und sein Herz, 7 Tage nach der Kryoverletzung. . (Panáková Lab, MDC) Zebrafische sind wunderbare Geschöpfe. Sie sind nicht nur völlig durchsichtig, sondern können auch neue Organe hervorbringen. Wir wussten bereits, dass diese durchsichtigen kleinen Fische das können regenerieren das Netzhautgewebe in ihren Augen – Jetzt zeigen neue Forschungsergebnisse, wie Zebrafische Herzgewebe nach einer Verletzung wiederbeleben können.
„Wir wollten herausfinden, wie dieser kleine Fisch das macht und ob wir daraus lernen können.“ sagt Entwicklungsbiologe und Studienautor Jan Philipp Junker vom Berliner Institut für Medizinische Systembiologie in Deutschland.
Veröffentlicht in Naturgenetik Die neue Studie, die Junker zusammen mit Daniela Panáková, einer Zellsignalforscherin am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin, geleitet hat, zeichnet die Kaskade von Ereignissen auf, die zur Herzregeneration bei Zebrafischen führen.
Beim Menschen können sich Herzmuskelzellen, sogenannte Kardiomyozyten, nicht wie die Herzzellen des Zebrafisches regenerieren. Durch den Sauerstoffmangel während eines Herzinfarkts werden unsere Kardiomyozyten geschädigt und es entstehen bleibende Narben (sogenannte Narbenbildung). Fibrose ) bildet sich anstelle der verlorenen Muskulatur, wodurch das Herz schwächer wird als zuvor.
Zebrafische sind jedoch in der Lage, innerhalb von zwei Monaten nach einer Herzverletzung bis zu 20 Prozent ihres ein Millimeter großen Herzens nachwachsen zu lassen.
Was uns diese neue Studie zeigt, ist, dass Bindegewebszellen, sogenannte Fibroblasten, die Leiter des Herzregenerationsprozesses im Zebrafisch sind und Proteine produzieren, die als Reparatursignale fungieren.
Aufregenderweise stehen die neuen Erkenntnisse im direkten Zusammenhang mit anderen vielversprechenden Bemühungen in der regenerativen Medizin, die darauf abzielen, beschädigte Herzen entweder zu ersetzen oder zu reparieren zellbasierte Therapien oder Medikamente, die Moleküle nachahmen kommt im Zebrafisch vor.
Anfang dieses Jahres Chirurgen ein Schweineherz implantiert zum ersten Mal bei einem menschlichen Patienten (obwohl der Mann leider zwei Monate später starb).
Im Mai auch Forscher lokalisierte die menschlichen Zellen die dem menschlichen Herzen helfen, sich nach einem Herzinfarkt wieder zu reparieren.
Und im Juni gelang es den Wissenschaftlern „Heilung“ eines Herzinfarkts bei Mäusen mit einer mRNA-Technik, die genetische Anweisungen an Herzmuskelzellen liefert, um sich selbst zu reparieren.
In dieser neuen Studie haben die Forscher die winzigen Herzen der Tiere mit einer ultrakalten Nadel gestochen, um einen menschlichen Herzinfarkt (auch Myokardinfarkt genannt) nachzuahmen, und beobachteten, was passierte.
„Überraschenderweise ist die unmittelbare Reaktion auf die Verletzung sehr ähnlich“, sagt Junker. „Aber während der Prozess beim Menschen an diesem Punkt stoppt, läuft er beim Fisch weiter.“ Sie bilden neue Herzmuskelzellen, die kontraktionsfähig sind.“
Benutzen Einzelzell-Sequenzierungstechniken Anschließend scannte das Team rund 200.000 Herzzellen, die vor und nach der Verletzung aus Zebrafischen isoliert wurden, und extrahierte Genominformationen aus einzelnen Zellen, um zu sehen, welche in einem beschädigten Herzen aktiv waren.
Sie entdeckten, dass drei Arten von Fibroblasten vorübergehend in einen aktivierten Zustand übergingen und Gene einschalteten, die muskelaufbauende Proteine wie Kollagen XII kodieren fördert das Bindegewebswachstum .
Und als die Forscher diese Gene im Zebrafisch „zum Schweigen brachten“, konnten sich ihre Herzen nicht mehr regenerieren.
„Sie bilden sich schließlich direkt an der Verletzungsstelle“, sagte Junker sagt der kollagenexprimierenden Fibroblasten.
Während Fibroblasten möglicherweise eine Schlüsselrolle spielen, haben frühere Untersuchungen mit Zebrafischen gezeigt, dass Entzündungszellen, sogenannte Makrophagen, schnell auf Herzinfarkte reagieren und für die Herzregeneration erforderlich sind.
Das Epikard, die äußere Schicht des Herzens, wurde ebenfalls als a identifiziert Drehscheibe für die Herzregeneration , etwas, das diese neue Studie unterstützt.
Nachdem die Forscher Zellen mit einzigartigen genetischen „Barcodes“ konstruiert hatten, verfolgten sie die aktivierten Fibroblasten und zeigten, dass sie im Epikard des Zebrafisches hergestellt wurden und nur dort die Zellen Kollagen XII produzierten.
Einzelzell-Sequenzierungstechniken, wie sie die Forscher in dieser Studie verwendeten, um Herzzellen zu lokalisieren, die regenerative Signale aussenden, stehen an der Spitze der sich schnell entwickelnden Genomtechnologien.
Obwohl die Einzelzellsequenzierung weit verbreitet ist und außergewöhnliche Details über die Aktivität einzelner Zellen liefert, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die Studienergebnisse zu validieren andere Modellorganismen wird benötigt werden. Es ist unklar, ob die gleichen Fibroblasten-gesteuerten Mechanismen auch bei Säugetieren wie Menschen und Mäusen zu finden sind.
„Die Herzregeneration ist ein komplexer Prozess, der von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst wird.“ sagt Studienautor und Entwicklungsbiologe Bastiaan Spanjaard, ebenfalls von das Berliner Institut für Medizinische Systembiologie.
„Die Experimente produzierten enorme Datenmengen. „Aus ihnen die richtigen biologischen Signale herauszufiltern, war eine enorme Herausforderung.“
Das Team möchte außerdem die Gene genauer untersuchen, die in aktivierten Fibroblasten eingeschaltet sind und für Proteine kodieren, die – zumindest beim Zebrafisch – offenbar Herzmuskelzellen zum Nachwachsen anregen.
Derzeit wirft die Studie mehr Licht auf die biologischen Prozesse, die als Reaktion auf einen Herzinfarkt ablaufen – Erkenntnisse, die mit der Zeit hilfreich sein könnten nachfolgende Herzereignisse abzuwenden Das riskanter werden nach dem ersten Angriff.
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturgenetik .