Neu entdecktes Protein – "Treibstoff" für das geschwächte Herz

Heidelberger Wissenschaftler entdeckten ein Protein, das die Schlagkraft des Herzens erhöht, ohne seinen Rhythmus zu verändern.

Wer zu wenig S100A1 Protein im Herzmuskel hat, dessen Herz schlägt nicht mit voller Kraft. Bei ihrer Suche nach Ursachen der Herzmuskelschwäche sind Wissenschaftler der Medizinischen Universitätsklinik Heidelberg auf diesen essentiellen „Treibstoff“ des Herzmuskels gestoßen. Damit haben sie einen wesentlich Beitrag zum besseren Verständnis der Herzinsuffizienz geleistet, der Ansatzpunkte für neue Therapien bietet. In Aussicht steht möglicherweise eine Gentherapie, bei der das Gen für S100A1 aktiviert oder in die Herzmuskelzelle eingeschleust wird.

Herzinsuffizienz, zu deutsch Herzmuskelschwäche, ist eine weit verbreitete Erkrankung des Herzmuskels und mittlerweile die häufigste Diagnose, mit der Patienten aus deutschen Krankenhäusern entlassen werden. Bei der auch als Kardiomyopathie bezeichneten Erkrankung ist das Herz nicht mehr in der Lage, Blut mit der notwendigen Kraft in den Körper zu pumpen und alle Gewebe ausreichend mit Sauerstoff zu versorgen. Geschwächte Herzen können durch die Gabe von Stresshormonen, zum Beispiel Adrenalin, vorübergehend mehr Schlagkraft erlangen. Bei gesunden Menschen sind diese Hormone in der Lage, die Leistungsfähigkeit des Herzens und damit des gesamten Körpers bei Bedarf zu steigern. In einer Stresssituation wird jedoch nicht nur die Kraft, sondern auch die Schlagfrequenz des Herzens erhöht. Bei erkrankten Herzen geht dies mit einer Häufung schwerwiegender Rhythmusstörungen einher, die lebensbedrohlich sein können.

Patienten mit Herzinsuffizienz haben weniger Protein S100A1

An der Kardiologischen Abteilung der Medizinischen Universitätsklinik Heidelberg (Ärztlicher Direktor Prof. Hugo A. Katus) haben Dr. Andrew Remppis, Leiter des Labors für Biochemische Kardiologie, und seine Mitarbeiter entdeckt, dass es einen alternativen, von Stresshormonen unabhängigen Weg gibt, mit dem die Kraft des Herzmuskels kontrolliert wird. Dabei spielt das Calcium-bindende Protein S100A1 eine entscheidende Rolle. S100A1 wird vorwiegend in Herzmuskelzellen gebildet und ist innerhalb der Herzmuskelzelle mit Zellbestandteilen vergesellschaftet, die von zentraler Bedeutung für die Kontraktion des Herzmuskels sind. Über die Funktionsweise dieses Proteins im Herzmuskel war bislang wenig bekannt. Die Arbeitsgruppe um Dr. Remppis fand jedoch, dass Herzen von Patienten mit Herzinsuffizienz, ungeachtet ihrer Ursachen, weniger S100A1 enthalten. Die Wissenschaftler vermuten, dass die im Herzmuskel nachzuweisende Konzentration von S100A1 direkt mit der Herzfunktion im Einklang steht.

Den Beweis für diese Hypothese, brachten Experimente an Herzmuskelzellen und künstlichen Herzmuskelgeweben. Die Heidelberger Wissenschaftler kurbelten mit gentechnischen Methoden die Produktion des Proteins an und konnten so eine deutliche Steigerung der Kontraktionskraft erzielen. Die S100A1-bedingte Kraftzunahme beruht auf einem bisher nicht vollständig aufgeklärten Mechanismus. Ergebnisse belegen jedoch, dass S100A1 im entscheidenden Maße die Calcium-Ströme der Herzmuskelzelle beeinflusst, die selbst wiederum auf molekularer Ebene die Funktion des Herzmuskels regulieren. Durch diesen alternativen Weg wird nur die Kraft, nicht aber die Frequenz des Herzschlags gesteigert. Dennoch bleibt die Empfindlichkeit für Stresshormone erhalten, so dass neben einer gesteigerten Ruhefunktion des Herzens bei Bedarf eine weitere Leistungssteigerung möglich ist.

Weitere Untersuchungen bei Patienten erforderlich / Ansatz für Gentherapie?

Remppis und sein Team wollen ihre Ergebnisse, die sie im Labor gewonnen haben, möglichst bald Patienten zugute kommen lassen. Dafür sind zunächst wissenschaftliche Untersuchungen erforderlich, die den Stellenwert des Proteins S100A1 beim Patienten weiter untersuchen. Die Wissenschaftler hoffen mit ihren Erkenntnissen eine Gentherapie zu entwickeln, mit der die Menge an S100A1-Protein in den Herzen von Patienten gesteigert werden kann.