Forschende der Universität Ulm haben bahnbrechende Erkenntnisse zur Regeneration von Herzmuskelzellen bei Zebrafischen gewonnen. Diese Tiere können beschädigte Herzmuskelzellen vollständig ersetzen und damit das betroffene Herz wieder voll funktionsfähig machen. Diese bemerkenswerte Fähigkeit könnte langfristig auch Rückschlüsse auf die Behandlung von Herzkrankheiten beim Menschen ermöglichen. Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Gilbert Weidinger vom Institut für Biochemie und Molekulare Biologie (iBMB) hat festgestellt, dass ein spezifisches Zell-Zell-Kommunikationssignal den Zebrafischen hilft, Replikationsstress, der bei der Zellteilung auftritt, besser zu bewältigen. Dieser Stress ist eine der großen Herausforderungen, die die Geweberegeneration bei Menschen und anderen Säugetieren, insbesondere im Alter, hemmen und führt oft zu irreversiblen Schäden nach Herzinfarkten.
In der durch die Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie wurde herausgefunden, dass ein Signalprotein, bekannt als BMP (Bone Morphogenetic Protein), den Zebrafischzellen ermöglicht, trotz Replikationsstress weiterhin aktiv zu proliferieren und Gewebeschäden zu reparieren. Die Forscher zeigen, dass Zebrafische in der Lage sind, innerhalb von 30 Tagen die ursprüngliche Anzahl an Kardiomyozyten, den Herzmuskelzellen, nach einer Verletzung wiederherzustellen. Diese Ergebnisse könnten neue Therapieansätze für eine verbesserte Geweberegeneration beim Menschen eröffnen.
Die Rolle des BMP-Signalproteins
Das BMP-Signalprotein spielt eine entscheidende Rolle dabei, Zebrafischzellen zu helfen, mit Replikationsstress umzugehen. In der Studie wurde demonstriert, dass solche Stresszustände durch DNA-Läsionen, Strangbrüche oder einen Mangel an Nukleotiden verursacht werden können. Während Replikationsstress die Regeneration menschlicher Gewebe erheblich einschränkt, zeigt sich bei Zebrafischen eine deutlich höhere Widerstandsfähigkeit.
Das Forschungsteam hat auch experimentell die Regenerationsfähigkeit menschlicher Zellen verbessern können. BMP-Signale schützen menschliche hämatopoetische Stamm- und Vorläuferzellen sowie Hautzellen vor ähnlichem Stress, was die Möglichkeit eröffnet, spezifische therapeutische Ansätze zu entwickeln, die sich direkt auf die menschliche Heilungsfähigkeit auswirken.
Umfangreiche Forschung und Methodik
Die Studie beruht auf einer Vielzahl von experimentellen Methoden, die am Tiermodell des Zebrafischs durchgeführt wurden. Alle Experimente wurden von der Landesregierung Baden-Württemberg und den Tierschutzvertretern der Universität Ulm genehmigt, wobei die Zebrafische unter kontrollierten Bedingungen mit einer Wassertemperatur von 26 bis 27 °C gehalten wurden. Die verwendeten transgenen oder mutanten Fischlinien wurden sorgfältig genotypisiert und analytisch untersucht.
Zusätzlich wurden umfassende statistische Analysen mit Software wie GraphPad Prism 9 durchgeführt und die Daten mittels mikroarray-Analyse und Einzelzell-RNA-Sequenzierung weiterverarbeitet. Einblick in das Herzregeneration wurde durch verschiedene pharmakologische Interventionen, die an den Zebrafischen durchgeführt wurden, gewährt. Dazu gehörten auch die Verwendung spezifischer Medikamente, um die mechanistischen Grundlagen der Regeneration detaillierter zu untersuchen.
Die Ergebnisse dieser Forschung sind nicht nur wesentlich für das Verständnis der Regeneration bei Zebrafischen, sondern könnten auch das gezielte Therapiedesign im Bereich der Kardiologie beim Menschen revolutionieren. Der Einsatz von Zebrafischmodellen in der Grundlagenforschung hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen, insbesondere aufgrund ihrer großen Anzahl an Nachkommen und der Möglichkeit, pharmakologische Behandlungen einfach durchzuführen.
Das Forschungsprojekt wurde im Rahmen des Ulmer Sonderforschungsbereiches SFB 1506 „Aging at Interfaces“ gefördert, in dem Wissenschaftler aus Ulm sowie weiteren Institutionen in Bonn, Heidelberg, Bologna, Oxford und Zürich zusammenarbeiten, um die Mechanismen der Geweberegeneration eingehender zu erforschen.
