Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Regelkreis für Herzentwicklung entdeckt

10.10.2013
Kleine RNA-Moleküle steuern die Ausbildung von Herzmuskelzellen im Embryo

Die Entwicklung des Herzens vom einfachen Zellhaufen hin zum fertig entwickelten, funktionellen Herz unterliegt einer komplexen Regulation. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben nun entdeckt, dass kurze Ribonukleinsäure-Moleküle eine entscheidende Rolle bei Steuerung der Genaktivität in der frühen Phase der Herzentwicklung spielen.


Bei genetisch nicht veränderten Mäusen, sogenannten Wildtyp-Mäusen, nimmt die Muskelmasse durch Zellteilung (rot) zu (links). Dadurch entwickelt sich auch die Herzwand (weiße Markierung). Im Gegensatz dazu ist die Herzentwicklung bei gentechnisch veränderten Mäusen gestört, denen mRNA-1/133 fehlt (rechts). Ursache für den geringeren Muskelaufbau ist eine verringerte Zellteilungsrate. In beiden Abbildungen ist Myosin, ein Marker für Muskelzellen, grün gefärbt, Zellkerne blau.
© MPI f. Herz- und Lungenforschung

Die Kombination zweier Moleküle, miR-1 und miR133, ist verantwortlich für die Bildung von Herzmuskelzellen aus ihren Vorläufern. Diese sind zudem Teil eines Regelkreises, der an der Entstehung von Herzerkrankungen beteiligt ist.

microRNAs (miRNAs) wurden erst vor zwei Jahrzehnten entdeckt. Schon bald stellte sich heraus, dass d diese Moleküle eine herausragende Rolle für die Regulation der Aktivität von Genen haben. Mittlerweile glauben Forscher, dass mehr als die Hälfte aller Gene durch die kurzen RNA-Abschnitte reguliert wird. Im menschlichen Genom sollen über 1000 verschiedene miRNAs codiert sein. Die Bedeutung von miRNAs für die Steuerung verschiedenster biologischer Prozesse ist in den letzten Jahren immer deutlicher geworden.

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung haben nun eine fundamentale Rolle zweier als miR-1/133a bezeichneten miRNAs für die frühe Herzentwicklung entdeckt. Für ihre Studie verwendeten sie sogenannte Doppel-Knockout-Mäuse, bei denen alle Kopien der beiden miRNA-Gene ausgeschaltet waren. „Wir konnten bei diesen Mäusen beobachten, dass das Herz zwar zunächst völlig normal angelegt wird, die Reifung des Herzens ab dem 11. Tag dann aber unterbleibt“, sagt der Studienleiter Thomas Böttger. Normalerweise sind ab diesem Zeitpunkt erstmals funktionale Herzmuskelzellen zu beobachten. Dieser Reifeprozess ist bei den Doppel-Knockout-Tieren aber ausgeblieben.

Stattdessen stellten die Max-Planck-Forscher in Genanalysen fest, dass in den Zellen weiter vor allem solche Gene aktiv waren, die charakteristisch für einen anderen Muskelzelltyp waren, sogenannte glatte Muskelzellen. Üblicherweise werden diese im Embryo ab dem 11. Tag inaktiv. Verantwortlich dafür ist vor allem ein Protein mit dem Namen Myocardin. In den Mäusen, bei denen miRNA-1 und miRNA133a ausgeschaltet war, entdeckte Böttgers Arbeitsgruppe eine ungewöhnlich hohe Aktivität des Myocardin-Gens. „Wir gehen davon aus, dass miR-1/133a dafür verantwortlich ist, ab einer bestimmten Phase der Herzentwicklung das Myocardin abzuschalten. Weil bei unseren Mäusen miR-1/133a fehlt, geschieht dies nicht. Darauf verhindert Myocardin die Reifung zur Herzmuskelzelle“, sagt Böttger.

Bestätigt wurde diese Erklärung durch Versuche an Mäusen, die durch einen genetischen Eingriff Myocardin dauerhaft im Überschuss produzieren. Die Bad Nauheimer Forscher stellten fest, dass bei diesen Mäuse dieselben Effekte auftraten wie bei den miR-1/133a Knockout-Mäusen: Auch hier blieb die Reifung der Zellen und ihre Entwicklung zu funktionellen Herzmuskelzellen aus.

„Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Herzentwicklung von einem klassischen Regelkreis gesteuert wird“, so Böttger. Über das Zusammenspiel zwischen Myocardin und mR-1/133 entscheidet sich die Art und Funktion der Muskelzelle. Der Regelkreis ist auch dafür verantwortlich, dass im ausgewachsenen Herz die Herzmuskelzellen stabil blieben.

Bei Patienten mit bestimmten Herzerkrankungen gerät der von den Max-Planck-Forschern entdeckte Regelkreis hingegen aus der Balance: „Man kann am gestressten Herz beobachten, dass ausgewachsene Herzmuskelzellen ein vergleichbares embryonales Genprogramm aktivieren, wie wir es bei den Knock-out Mäusen gesehen haben“, erklärt Thomas Braun, Direktor am Max-Planck-Institut. „Um daraus resultierende Schädigungen des Herzmuskels therapeutisch zu behandeln, muss man die zugrunde liegenden Mechanismen verstehen. Dabei hilft die Studie“, so Braun weiter..

Auch für eventuelle Stammzelltherapien am Herz ist das Wissen über den Regelkreis wichtig. So könnte dieser für die Umwandlung von Stamm- in Herzmuskelzellen von Bedeutung sein. „Möglicherweise kann ein Eingreifen in den Regelkreis dabei helfen, im Rahmen einer Therapie Regenerationsprozesse zu stimulieren“, sagt Braun.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Dr. habil. Thomas Braun
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-1102
Fax: +49 6032 705-1104
E-Mail: thomas.braun@­mpi-bn.mpg.de
Dr. Matthias Heil
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-1705
Fax: +49 6032 705-1704
E-Mail: matthias.heil@­mpi-bn.mpg.de
Originalpublikation
Wystub K, Besser J, Bachmann A, Boettger T, Braun T
miR-1/133a Clusters Cooperatively Specify the Cardiomyogenic Lineage by Adjustment of Myocardin Levels during Embryonic Heart Development.

PLoS Genet 9(9): e1003793. doi:10.1371/journal.pgen.1003793

Prof. Dr. Dr. habil. Thomas Braun | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7561905/herzentwicklung_miRNA

Weitere Berichte zu: Embryo Herzentwicklung Herzerkrankung Molekül Muskelzelle Myocardin Mäuse Regelkreis

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikro-U-Boote für den Magen
24.01.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Echoortung - Lernen, den Raum zu hören
24.01.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie