Zebrafisch: Blutfluss reguliert Entwicklung der Herzkammern

Herzschlag und Blutfluss setzen während der Entwicklung des Herzens zusammen mit der Ausbildung der Herzkammern ein. Zu diesem Zeitpunkt besteht das Herz aus einem Schlauch: Außen befindet sich das Herzmuskelgewebe, das Myokardium, innen ein Blutgefäß, das Endokardium.

Aus diesem frühen Endokardium entstehen unter anderem später die Herzklappen. Die Forscher um Professor Dr. Salim Seyfried konnten nun im Zebrafisch, einem nur wenige Millimeter großen Wirbeltier, zeigen, dass das Endokardium den einsetzenden Blutfluss wahrnimmt und auf diesen biophysikalischen Reiz mit Wachstum sowie einer Veränderung der Zellformen reagiert; dabei vergrößert sich der Herzschlauch ballonartig. Es bilden sich zwei unterschiedlich große Herzkammern.

Ihre Erkenntnisse veröffentlichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Developmental Cell“. Die Arbeitsgruppe Kardiovaskuläre Entwicklungsgenetik im Zebrafisch um Professor Seyfried, Institut für Molekularbiologie an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), zu Gast am Max-Delbrück-Centrum (MDC) in Berlin, gehört zum Exzellenzclusters REBIRTH (Von Regenerativer Biologie zu Rekonstruktiver Therapie).

Das Team von Professor Seyfried fand nun heraus, dass das Größenwachstum der endokardialen Anteile der Herzkammern, wie zum Beispiel der Herzklappen, ganz anders erfolgt als das des Herzmuskelgewebes: Während sich das Herzmuskelgewebe durch die Einwanderung von Vorläuferzellen aus dem umliegenden Gewebe vergrößert, erfolgt der Zuwachs des Blutgefäßes ausschließlich aus Zellen des frühen Endokardiums und nicht aus Zellen, die aus dem umliegenden Gewebe einwandern.

Zwei Faktoren leiten die Umformung der Herzkammern ein: Zum einen steuert der blutfluss-sensitive Transkriptionsfaktor KLF 2 abhängig von der Stärke des Blutstroms die Gestalt der Endokardzellen. Zum anderen reguliert das Signalmolekül BMP über das Herzmuskelgewebe das Wachstum des Endokardiums. Das heißt, der Blutfluss reguliert die Entwicklung der Herzkammern und das Herzmuskelgewebe spielt eine entscheidende Rolle für die Entwicklung der Blutgefäße.

Die Ergebnisse könnten Hinweise auf den Ursprung von angeborenen Herzfehlern oder für krankhafte Prozesse im Zusammenhang mit Herzschwäche geben. Zwar besitzt der Zebrafisch im Gegensatz zum Menschen nur zwei Herzkammern, doch durchläuft das menschliche Herz in der Entwicklung ein ähnliches Stadium.

„Die Ergebnisse dürften insbesondere auch für die Erforschung der Herzschwäche interessant sein. Denn mit einer Herzschwäche gehen eine geringere Pumpleistung und ein geringerer Blutfluss einher. Wenn wir aus unseren Ergebnissen im Zebrafisch auf den Menschen rückschließen dürfen, dann würde man erwarten, dass sich in Patienten mit einer Herzschwäche der positive Einfluss des Endokardiums auf das Herzmuskelgewebe verringern und somit das Herz insgesamt nochmals geschwächt würde. Dies wäre dann ein Teufelskreis mit größtenteils noch unbekannten molekularen Ursachen“, erklärt Professor Dr. Seyfried.

„Im nächsten Schritt werden wir versuchen im Zebrafisch das Signalmolekül zu identifizieren, das die Information des Blutflusses vom Endokardium an das Herzmuskelgewebe weiterleitet. Vielleicht gibt uns das einen Hinweis darauf, wie wir einen solchen Teufelskreis im Patienten durchbrechen können. Möglicherweise könnte aber auch Sport einen positiven Effekt auf das geschwächte Muskelgewebe haben, da er den Blutfluss fördert.“

Zebrafische eignen sich besonders gut für entwicklungsbiologische Untersuchungen, da sie sich außerhalb des Muttertieres entwickeln und die Embryonen durchsichtig sind. So können die Forscher die unterschiedlichen Entwicklungsstadien unter dem Mikroskop beobachten, ohne die Tiere zu beeinträchtigen.

Weitere Informationen erhalten Sie bei Professor Dr. Salim Seyfried, REBIRTH-Arbeitsgruppe Kardiovaskuläre Entwicklungsgenetik im Zebrafisch, Telefon (0331) 977 5540/5541, Seyfried.Salim@mh-hannover.de.