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 Forscher sehen Biomolekülen bei der Arbeit zu
05.12.2016 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen
05.12.2016 | Goethe-Universität Frankfurt am Main

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: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Fraunhofer WKI koordiniert vom BMEL geförderten Forschungsverbund zu Zusatznutzen von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen

05.12.2016 | Förderungen Preise

Höhere Energieeffizienz durch Brennhilfsmittel aus Porenkeramik

05.12.2016 | Energie und Elektrotechnik