Investigation of Pitx2 signaling targets in the remodeling of the cardiac inflow tract, the conduction system and during cardiac regeneration
Developmental Biology
Final Report Abstract
Die ursprüngliche thematische Zielsetzung des beantragten Forschungsaufenthaltes lag in der Untersuchung von Pitx2-abhängigen Signalwegen in der embryonalen Entwicklung des atrialen Septums, mit einem Schwerpunkt auf der als dorsale mesenchymale Protrusion bezeichneten Struktur. Zwar konnten mittels mRNA microarray und ChiPseq mögliche Partner von Pitx2 identifiziert werden, doch ein konditionales knock-out Modell zeigte nicht den erwarteten Phänotyp. Aufgrund der zwischenzeitlichen thematischen Neuausrichtung der Arbeitsgruppe von Prof. Martin erfolgte daraufhin ein Wechsel meiner Forschungstätigkeit hin zu Pitx2-abhängigen Prozessen in der Regeneration bei einem Myokardinfarkt-Mausmodell. Wir konnten zeigen, dass die vorübergehende Regenerationsfähigkeit von Mäusen zwischen dem 1. und 7. Lebenstag bei Pitx2 knock-out Mäusen aufgehoben ist und dass andererseits Überexpression von Pitx2 auch in höherem Lebensalter eine vollständige Regeneration ermöglicht. Mittels Integration unterschiedlicher unvoreingenommener und genom-weiter Untersuchungsmethoden konnten wir die Regulation mitochondrialer Prozesse und die Expression von Proteinen, welche freie Sauerstoffradikale binden, als Vermittler dieses Pitx2- abhängigen Effekts identifizieren. Behandlung von Pitx2 knock-out Mäusen mit Antioxidantien konnte schliesslich auch die reduzierte Regenerationsfähigkeit dieser Mäuse korrigieren. Darüber hinaus konnten wir ein neues Tamoxifen-induzierbares Mausmodell charakterisieren, welches die Cre-Rekombinase selektiv in den spezialisierten Zellen des kardialen Reizleitungssystems exprimieren lässt. Mittels dieses Modells stellten wir fest, dass es im Rahmen der neonatalen myokardialen Regeneration zu einem Zuwachs der ventrikulären Reizleitungszellen kommt. Basierend auf immunhistochemischen Analysen interpretierten wir diesen Zuwachs am ehesten als Transdifferenzierung von linksventrikulärem Arbeitsmyokard zu spezialisierten Purkinje Zellen. RNA-Sequenzierung von Proben des ventrikulären Reizleitungssystems, welche mithilfe von Laser Capture Microdissection gewonnen wurden, identifizierte das aus der Embryonalentwicklung der Purkinje Zellen bekannte Endothelin 1 als überexprimiert nach einem Myokardinfarkt. Hieraus ergeben sich zahlreiche Ansatzpunkte für weiterreichende Forschungsprojekte.
Publications
-
Pitx2 promotes heart repair by activating the antioxidant response after cardiac injury. Nature. 2016 Jun 2;534(7605):119-23
Tao G, Kahr PC, Morikawa Y, Zhang M, Rahmani M, Heallen TR, Li L, Sun Z, Olson EN, Amendt BA, Martin JF
