Erstaunliche Flexibilität: Wie Zebrafische ihr Herz regenerieren können

6. Februar 2018, 16:23
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Kein fixer Plan steuert die Reparatur des verletzten Fischherzens

Bern – Dass Zebrabärblinge ihr Herz nach Schäden regenerieren können, ist nicht neu. Nun aber zeigt eine Studie, dass Zebrafische ihr Herz nicht nach einem fixen Plan, sondern auf eine flexible Weise reparieren können. Dabei bauen Zellen aus verschiedenen Schichten die Herzmuskeln wieder auf. Die im Fachjournal "Nature Communications" präsentierten Erkenntnisse könnten dazu dienen, einen ähnlichen Reparatur-Prozess auch im menschlichen Herzen anzustoßen.

Der Zebrafisch hat die erstaunliche Kapazität, sein Herz sogar nach schwerwiegenden Schäden wieder zu regenerieren. Dabei teilen sich Herzmuskelzellen, um das verlorene Gewebe zu ersetzen. Da das menschliche Herz zu solchen Prozessen nicht befähigt ist, sind Wissenschafter auf der Suche nach den Mechanismen, die bei dem beliebten Modellorganismus dafür verantwortlich sind. Ob alle Herzmuskelzellen in gleichem Maße zur Reparatur des Zebrafischherzens beitragen und ob verschiedene Vorläuferzellen für verschiedene Herzsegmente vorhanden sind, ist derzeit unklar.

Anpassungsfähige Zellen

Ein Team um Nadia Mercader am Institut für Anatomie der Universität Bern konnte nun in Zusammenarbeit mit Kollegen am Forschungsinstitut CNIC in Madrid und an der Universität Zürich zeigen, dass Herzmuskelzellen des Zebrafisches außerordentlich flexibel sind. Die regenerierenden Herzmuskelzellen können sich im ausgewachsenen Herzen anpassen, um den Zellen in den verschiedenen Regionen der vormals defekten Herzwand zu ähneln. Doch können im Zebrafisch Herzmuskelzellen aus allen Teilen des Herzens bei der Reparatur helfen? Um dies zu beantworten, schaute sich das Team auch die Frühentwicklung des Herzens an.

Das Herz ist das erste Organ, das im entstehenden Embryo seine Funktion ausübt. Bei der Herzentwicklung bildet sich zuerst ein Herzschlauch, der sogleich anfängt, Blut zu pumpen, um den Organismus mit Sauerstoff zu versorgen. Gleichzeitig muss das Herz jedoch auch noch weiterwachsen. Dies wird durch den fortlaufenden Anbau von neuen Vorläuferzellen an den Enden des anfänglichen Herzschlauchs ermöglicht. Während die Zellen des Herzschlauches im ausgewachsenen Herzen mehrheitlich die linke Herzkammer bilden, tragen die Zellen, die später hinzukommen, vor allem zur Bildung der rechten Herzkammer und der Vorhöfe bei.

Frühe Umorientierung

Die Studie zeigt nun, dass bereits bei der frühen Herzentwicklung ein hoher Grad an Plastizität vorhanden ist: Wenn Muskelzellen des anfänglichen Herzschlauches zerstört werden, übernehmen die später hinzukommenden Zellen die ursprüngliche Funktion, trotz ihrer eigentlich anderen anfänglichen Aufgabenstellung.

"Diese Ergebnisse sind unerwartet", sagt Mercader. "Sie lassen vermuten, dass ein Herz auf verschiedene Weisen wieder neu aufgebaut werden kann – wahrscheinlich nicht nach einem fixen Plan." Ein besseres Verständnis davon, was diese Flexibilität im Zebrafischherz ermöglicht, könnte laut den Wissenschaftern von großer Bedeutung sein, um denselben Reparatur-Prozess auch im menschlichen Herzen anzuregen. (red, 6.2.2018)

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