Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fertiges Herz schaltet Stammzellen aus

06.07.2012
Transkriptionsfaktor Ajuba reguliert während der Embryonalentwicklung Stammzellaktivität im Herz

Neugeborene kommen nicht selten mit angeborenen Herzfehlern zur Welt. Grund dafür ist, dass die Entwicklung des Herzens im Embryo ein äußerst komplexer und zudem fehleranfälliger Vorgang ist.


Herzentwicklung außer Kontrolle: Fehlt der Transkriptionsfaktor Ajuba während der Herzentwicklung, wie dies im rechten Foto aufgrund eines genetischen Eingriffs ist, wird die Entwicklung des Herzens im Fischembryo gestört. Neben einer erhöhten Anzahl an Herzmuskelzellen (grün mit rot gefärbten Zellkernen) wird das Herz während der Entwicklung zusätzlich deformiert. © MPI f. Herz- und Lungenforschung

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben nun ein Schlüsselmolekül identifiziert, das die Funktion von Stammzellen im Herz entscheidend reguliert. Zukünftig könnten dadurch nicht nur angeborene Herzfehler vermieden werden, sondern es eröffnen sich auch neue Möglichkeiten, die Regeneration geschädigter Herzen bei Erwachsenen zu stimulieren.

Vom Zellhaufen bis zum fertigen Herzen ist es ein weiter Weg. Durch Zellteilung wird aus der Ansammlung von zunächst nur wenigen Herz-Stammzellen ein immer größer werdendes Gebilde. Daraus entwickeln sich die verschiedenen Strukturen des Herzens, wie Herzkammern, Vorhöfe, Herzklappen und Kranzgefäße. Dabei unterlaufen die Stamm- und Vorläuferzellen einem komplexen Prozess. Neben einer eng regulierten Zellteilungsaktivität gehören auch die Wanderung der Zellen sowie ihre Differenzierung und Spezialisierung. Mit der Fertigstellung des Herzens werden die Stammzellen schließlich abgeschaltet.

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben nun herausgefunden, wie wesentliche Teile dieses Entwicklungsprozesses reguliert werden. Dazu suchten sie zunächst gezielt nach Bindungspartnern für den Transkriptionsfaktor Isl1. Isl1 ist charakteristisch für eine bestimmte Gruppe von Herzstammzellen, die deshalb auch als Isl1+-Zellen bezeichnet werden. Durch ihre Suche kamen die Forscher Ajuba auf die Spur, einem Transkriptionsfaktor aus der Gruppe der LIM-Proteine. „Wir haben daraufhin die Interaktion beider Moleküle genauer untersucht und kamen zu dem Ergebnis, dass es sich bei Ajuba um einen wichtigen Schalter handeln muss“, sagt Gergana Dobreva, Leiterin der Forschungsgruppe „Ursprung kardialer Linien“ am Bad Nauheimer Max-Planck-Institut.

Daraufhin untersuchten die Wissenschaftler im Tiermodell, welche Auswirkungen ein defekter Schalter auf die Herzentwicklung hat. Besonders eindrucksvoll lässt sich die Embryonalentwicklung im Zebrabärbling untersuchen. Die Bad Nauheimer Forscher erzeugten deshalb durch einen genetischen Eingriff Fische, denen ein funktionierendes Ajuba fehlte. Tatsächlich kam es bei diesen Tieren zu einer starken Störung der Herzentwicklung. Neben einer Deformation des Herzens, verursacht durch eine Verdrehung der Herzachse, fiel den Forschern im Vergleich zu Kontrolltieren vor allem ein Größenunterschied auf. „Bei fast allen untersuchten Fischen stellten wir eine drastische Vergrößerung des Herzens fest. Fehlt Ajuba, gibt es offensichtlich keinen anderen Schalter, der am Ende den von Isl1 gesteuerten Teil der Herzentwicklung ausschaltet“, so Dobreva.

Weitere Analysen ergaben, dass die Vergrößerung des Herzens tatsächlich auf eine stark erhöhte Anzahl an Herzmuskelzellen zurückzuführen ist. Die Ursache dafür wiederum war, dass bereits ab einer frühen Phase der Entwicklung die Anzahl der Isl1+-Zellen, also der Vorläuferzellen der Herzmuskelzellen, deutlich erhöht war. Für die Kontrolle der Stammzellaktivität wiederum ist Ajuba entscheidend: Es bindet an Isl1-Moleküle und blockiert auf diese Weise deren stimulierenden Effekt.

Aus den Ergebnissen der Studie könnten sich zukünftig neue Anwendungsmöglichkeiten ergeben. „Wenn wir die Regulation der Herzentwicklung verstehen, lernen wir auch die Ursachen für die Bildung von angeborenen Herzfehlern kennen und können so über Ansätze für Therapien nachdenken“, so Dobreva. Darüber hinaus lassen sich auf diese Weise auch geschädigte Herzen von Erwachsenen reparieren: „Eine Möglichkeit wäre, im Labor die Gewinnung von Ersatzzellen aus embryonalen oder künstlich erzeugten Stammzellen zu optimieren. Durch das Ausschalten von Ajuba in diesen Zellen dürfte sich deren Entwicklung hin zu funktionellen Herzmuskelzellen verstärken lassen. Man könnte so ausreichend viele Ersatzzellen zur Behandlung von Patienten züchten.“ Eine weitere Möglichkeit ist zudem, durch das Ausschalten von Ajuba im geschädigten Herz die Stammzellaktivität und damit die Regeneration des Herzens selbst zu stimulieren. Inwieweit dies möglich ist, soll nun in weiteren Studien untersucht werden.

Kontakt
Dr. Matthias Heil
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung
Telefon: +49 6032 705-1705
Fax: +49 6032 705-1704
Email: matthias.heil@­mpi-bn.mpg.de

Originalveröffentlichung
Hagen R. Witzel, Benno Jungblut, Chong Pyo Choe, J. Gage Crump, Thomas Braun, and Gergana Dobreva
The LIM Protein Ajuba Restricts the Second Heart Field Progenitor Pool by Regulating Isl1 Activity.

Developmental Cell (2012), http://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2012.06.005

Dr. Matthias Heil | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/5886126/herz_stammzellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Alpenflora im Klimawandel: Pflanzen reagieren mit "Verspätung"
20.09.2019 | Universität Wien

nachricht Neue Strukturdaten zu Talin erklären Selbsthemmungs-Mechanismus
20.09.2019 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Nervenzellen feuern Hirntumorzellen zum Wachstum an

Heidelberger Wissenschaftler und Ärzte beschreiben aktuell im Fachjournal „Nature“, wie Nervenzellen des Gehirns mit aggressiven Glioblastomen in Verbindung treten und so das Tumorwachstum fördern / Mechanismus der Tumor-Aktivierung liefert Ansatzpunkte für klinische Studien

Nervenzellen geben ihre Signale über Synapsen – feine Zellausläufer mit Kontaktknöpfchen, die der nächsten Nervenzelle aufliegen – untereinander weiter....

Im Focus: Stevens team closes in on 'holy grail' of room temperature quantum computing chips

Photons interact on chip-based system with unprecedented efficiency

To process information, photons must interact. However, these tiny packets of light want nothing to do with each other, each passing by without altering the...

Im Focus: Happy hour für die zeitaufgelöste Kristallographie

Ein Forschungsteam vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD), der Universität Hamburg und dem European Molecular Biology Laboratory (EMBL) hat eine neue Methode entwickelt, um Biomoleküle bei der Arbeit zu beobachten. Sie macht es bedeutend einfacher, enzymatische Reaktionen auszulösen, da hierzu ein Cocktail aus kleinen Flüssigkeitsmengen und Proteinkristallen angewandt wird. Ab dem Zeitpunkt des Mischens werden die Proteinstrukturen in definierten Abständen bestimmt. Mit der dadurch entstehenden Zeitraffersequenz können nun die Bewegungen der biologischen Moleküle abgebildet werden.

Die Funktionen von Biomolekülen werden nicht nur durch ihre molekularen Strukturen, sondern auch durch deren Veränderungen bestimmt. Mittels der...

Im Focus: Happy hour for time-resolved crystallography

Researchers from the Department of Atomically Resolved Dynamics of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) at the Center for Free-Electron Laser Science in Hamburg, the University of Hamburg and the European Molecular Biology Laboratory (EMBL) outstation in the city have developed a new method to watch biomolecules at work. This method dramatically simplifies starting enzymatic reactions by mixing a cocktail of small amounts of liquids with protein crystals. Determination of the protein structures at different times after mixing can be assembled into a time-lapse sequence that shows the molecular foundations of biology.

The functions of biomolecules are determined by their motions and structural changes. Yet it is a formidable challenge to understand these dynamic motions.

Im Focus: Modulare OLED-Leuchtstreifen

Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, ein Anbieter von Forschung und Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik, stellt auf dem International Symposium on Automotive Lighting 2019 (ISAL), vom 23. bis 25. September 2019, in Darmstadt, am Stand Nr. 37 erstmals OLED-Leuchtstreifen beliebiger Länge mit Zusatzfunktionalitäten vor.

Leuchtstreifen für das Innenraumdesign kennt inzwischen nahezu jeder. LED-Streifen sind als Meterware im Baumarkt um die Ecke erhältlich und ebenso oft als...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

92. Neurologie-Kongress: Mehr als 6500 Neurologen in Stuttgart erwartet

20.09.2019 | Veranstaltungen

Frische Ideen zur Mobilität von morgen

20.09.2019 | Veranstaltungen

Thermodynamik – Energien der Zukunft

19.09.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

92. Neurologie-Kongress: Mehr als 6500 Neurologen in Stuttgart erwartet

20.09.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Neue Strukturdaten zu Talin erklären Selbsthemmungs-Mechanismus

20.09.2019 | Biowissenschaften Chemie

Wie Algen pinke Pigmente herstellen

20.09.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics