Herzreparatur im Embryo
Damit das Herz schlagen kann, benötigt es Energie. Ist die
Energieproduktion in den Herzzellen gestört, müsste ein Embryo wegen der
fehlerhaften Herzfunktion eigentlich sterben. Das ist jedoch nicht der Fall,
wenn nur ein Teil der Zellen betroffen ist: Der Embryo schafft es mit Hilfe der
verbleibenden gesunden Zellen, das Herz zu regenerieren.
Die Wissenschaftler schalteten im sich entwickelnden Herzen
von Mäusen ein Gen (Holocytochrom-C-Synthase, kurz Hccs) aus, das für die
Energieproduktion essentiell ist. Es zeigte sich, dass die Embryos starben,
wenn alle Zellen im Herzen von der defekten Energieproduktion betroffen waren.
Die Tiere hingegen, die noch einen Anteil gesunder Zellen im Herzen hatten,
überlebten und hatten zum Zeitpunkt der Geburt ein voll funktionsfähiges Herz.
Das Gen Hccs sitzt auf einem der Geschlechtschromosomen,
dem X‑Chromosom. Im Gegensatz zu den männlichen Tieren haben Weibchen zwei
X‑Chromosomen. Einige der veränderten weiblichen Mäuse haben ein X‑Chromosom
mit dem defekten und eines mit dem intakten Hccs-Gen. In den Zellen der
weiblichen Tiere ist jedoch nur ein X‑Chromosom aktiv. Je nachdem welches
abgelesen wird, entstehen gesunde oder kranke Herzzellen. „Zu diesem Zeitpunkt
gleicht das Herz der Mäuse einem Mosaik“, erklärt Dr. Drenckhahn. „Die Hälfte
der Zellen ist gesund, die andere Hälfte nicht.“
Bis zur Geburt schafft es der Embryo, das Verhältnis
zwischen gesunden und defekten Zellen von ursprünglich 50:50 zu verbessern. Die
defekten Zellen machen dann nur noch zehn Prozent des gesamten Herzvolumens
aus. Das ist möglich, weil sich die gesunden Herzmuskelzellen sehr viel
häufiger teilen als die defekten Zellen. Ihr Anteil im Herzen nimmt zu und ist
zum Zeitpunkt der Geburt groß genug, um das Herz der neugeborenen Maus normal
schlagen zu lassen. „Doch auch nach der Geburt ist das Herz eine zeitlang
fähig, sich zu erholen“, erläutert Dr. Drenckhahn.
Später verliert das Herz diese Fähigkeit. So starben nach
rund einem Jahr ein Teil der Mäuse (13 Prozent) an Herzmuskelschwäche und
nahezu die Hälfte entwickelte Herzrhythmusstörungen. Warum nur ein Teil der
Mäuse Herzprobleme ausbildet, ist noch unklar. Die Wissenschaftler wollen
deshalb das Gen auch in erwachsenen Mäusen ausschalten, um seinen Einfluss dort
zu untersuchen.
Weiter wollen sie die embryonalen Signalstoffe
identifizieren, die gesunde Zellen zur Teilung anregen und kranke Zellen
hemmen. Diese Signalstoffe könnten in Zukunft auch im Menschen helfen, die
körpereigenen Reparaturmechanismen des Herzen zum Beispiel nach einem
Herzinfarkt oder bei Herzschwäche wieder anzuregen, hoffen die Wissenschaftler.
Für seine Arbeit über die Reparatur von embryonalen Herzen
hatte Dr. Drenckhahn 2007 den Oskar-Lapp-Preis erhalten.
*Compensatory growth of healthy cardiac
cells in the presence of diseased cells restores tissue homeostasis during
heart development
Jörg-Detlef Drenckhahn1,2,3,
Quenten P. Schwarz2,9, Stephen Gray1, Adrienne Laskowski4,
Helen Kiriazis5, Ziqiu Ming5, Richard P. Harvey6,
Xiao-Jun Du5, David R. Thorburn4,7 and Timothy C. Cox1,2,8
1Department of Anatomy & Developmental Biology,
Monash University, Wellington Road, Clayton VIC 3800, Melbourne, Australia
2School of Biomedical & Molecular Science,
University of Adelaide, North Terrace, Adelaide SA 5005, Adelaide, Australia
3Max-Delbrück Center for Molecular Medicine,
Robert-Rössle-Straße 10, 13125 Berlin, Germany
4Murdoch Children’s Research Institute, Royal
Children´s Hospital, Flemington Road, Parkville VIC 3052, Melbourne, Australia
5Baker Heart Research Institute, Commercial Road,
Melbourne VIC 3004, Melbourne, Australia
6Victor Chang Cardiac Research Institute, Victoria
Street, Darlinghurst NSW 2010, Sydney, Australia
7Department of Paediatrics, University of Melbourne,
Parkville VIC 3052, Melbourne, Australia
8Division of Craniofacial Medicine, Department of
Pediatrics, University of Washington, Seattle, WA 98195, USA
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