Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn verletzte Herzen wieder wachsen: Biologen entschlüsseln Herzregeneration bei Zebrafischen

04.02.2016

Zebrafische haben eine wunderbare Eigenschaft: Die unter Biologen eigentlich als Zebrabärblinge bekannten Fische sind außerordentlich regenerationsfähig und können nicht nur verletzte Extremitäten nachwachsen lassen. Sogar Verletzungen am Herzen heilen bei dieser Fischart vollständig wieder aus. Kardiologen, die Herzinfarktpatienten behandeln, können davon bisher nur träumen. Wissenschaftler der Universitäten Utrecht und Ulm haben nun einen zentralen molekularen Mechanismus entschlüsselt, über den dieser Heilungsprozess gesteuert wird.

Zebrafische haben eine wunderbare Eigenschaft: Die unter Biologen eigentlich als Zebrabärblinge bekannten Fische sind außerordentlich regenerationsfähig und können nicht nur verletzte Extremitäten nachwachsen lassen.


Für diese mikroskopische Aufnahme eines Gewebeschnittes durch ein regenerierendes Herz wurde das gesunde Muskelgewebe rot, die Wunde blau und aktivierte Herzmuskelzellen grün angefärbt.

Aufnahme: Chi-Chung Wu / Uni Ulm


Der Doktorand Chi-Chung Wu fischt im Labor von Prof. Gilbert Weidinger an der Uni Ulm nach Zebrafischen.

Foto: Heiko Grandel / Uni Ulm

Sogar Verletzungen am Herzen heilen bei dieser Fischart vollständig wieder aus. Kardiologen, die Herzinfarktpatienten behandeln, können davon bisher nur träumen. Wissenschaftler der Universitäten Utrecht und Ulm haben nun einen zentralen molekularen Mechanismus entschlüsselt, über den dieser Heilungsprozess gesteuert wird.

„Das verletzte Gewebe regeneriert sich durch die vermehrte Zellteilung von Herzmuskelzellen an der Wundgrenze“, erklärt Professor Gilbert Weidinger vom Institut für Biochemie und molekulare Biologie der Universität Ulm.

Wie das internationale Forscherteam – an dem neben dem Weidinger-Labor auch Wissenschaftler des Uni-Klinikums Utrecht beteiligt sind – zeigen konnte, wird die Zellvermehrung über ein besonderes Protein gesteuert: das sogenannte bone morphogenetic protein (BMP). BMP ist ein wichtiges Signalprotein der Zell-Zell-Kommunikation. Die Forscher konnten nachweisen, dass es insbesondere im Wundbereich re-aktiviert wird, wo gesundes und verletztes Gewebe aufeinander stoßen.

Hierfür haben die Molekularbiologen ein spezielles Verfahren (Tomo Seq) zur Sequenzierung von RNA (RiboNucleic Acid) entwickelt, über das es möglich ist, im Wundbereich und den benachbarten Gewebsregionen die Aktivität diverser Gene genau zu lokalisieren.

„So entsteht ein genomweiter Atlas an regional sehr unterschiedlichen Expressions- und Aktivitätsmustern, die im regenerierenden Herzen Aufschluss darüber geben, welche Gene und Zell-Signale im gesunden und im verletzten Gewebe, beziehungsweise genau an der Wundgrenze aktiviert sind“, so Chi-Chung Wu. Der Doktorand aus Hong Kong, der an der Uni Ulm forscht, ist wie sein Utrechter Kollege Fabian Kruse Co-Erstautor der in der renommierten Fachzeitschrift Developmental Cell (2016/36: 36-49) veröffentlichten Studie.

So wiesen die Wissenschaftler nach, dass das BMP-Signal von Herzmuskelzellen aktiviert wird, die aus dem Grenzbereich zwischen gesundem und verletztem Herzmuskelgewebe kommen. Mit Hilfe von transgenen Zebrafischlinien, bei denen der BMP-Signal-Weg einerseits blockiert und andererseits verstärkt wurde, konnten die Forscher den Regenerationsprozess gezielt beeinflussen. Bei der genetisch veränderten Variante mit blockiertem BMP-Signal-Weg waren Zellvermehrung und damit die Regenerationsfähigkeit deutlich reduziert. Bei der Variante mit überaktivem BMP konnte die Regeneration dagegen sogar forciert werden.

„Erstaunlicherweise spielt dieser Signalweg keine Rolle bei der Zellteilung während der embryonalen Herzentwicklung, sondern nur bei verletzungsbedingter Herzregeneration“, zeigen sich die Wissenschaftler überrascht. Das heißt, dass die Gewebebildung im Fischherz bei der Embryonalentwicklung und bei der Regeneration über unterschiedliche Prozesse gesteuert wird.

Und auch ein weiterer Befund lässt die Forscher staunen: „Das BMP-Signal ist auch in verletzten Maus-Herzen aktiv, aber dort reagieren die Herzzellen völlig anders darauf: sie sterben. Hier wird durch BMP also keine Regeneration ausgelöst, sondern die beschädigten Zellen werden stattdessen in den `Selbstmord´ getrieben“, so Professor Jeroen Bakkers vom niederländischen Hubrecht Institut am Universitätsklinikum Utrecht, der wie Professor Gilbert Weidinger ko-korrespondierender Autor der Studie ist.

Die Wissenschaftler wollen nun herausfinden, wieso Herzzellen in Zebrafischen und in Säugetieren wie der Maus so unterschiedlich reagieren und welche Prozesse letztendlich dafür verantwortlich sind.
Könnten Säugetiere – denen taxonomisch auch der Mensch zuzurechnen ist – verletzte Herzzellen ebenso gut durch gesunde ersetzen wie der Zebrafisch, gäbe es neue Hoffnung für Herzinfarktpatienten. Denn ein Myokardinfarkt, wie dieses lebensbedrohliche Ereignis auch genannt wird, ist deshalb so gefährlich für den Menschen, weil sterbende Herzmuskelzellen nicht ersetzt werden können, sodass der Herzmuskel vernarbt und das Organ an Kraft verliert. Die medizinische Relevanz des Projektes ist also beträchtlich. „Vielleicht wird es eines Tages möglich sein, die Regenerationsfähigkeit von menschlichem Herzgewebe durch entsprechende Medikamente oder Therapien, die auf der Grundlage solcher Forschungsergebnisse entwickelt wurden, deutlich zu verbessern“, hoffen die Forscher.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Gilbert Weidinger; Email: gilbert.weidinger@uni-ulm.de;

Weitere Informationen:

http://www.cell.com/developmental-cell/abstract/S1534-5807%2815%2900795-9

Andrea Weber-Tuckermann | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-ulm.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie