Digitale und molekulare Rekonstruktion der Morphogenese des Zebrafischherzens durch Einzelzell-Transkriptom-Analysen und Lichtblatt-Mikroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Salim Seyfried
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407481317

Die Entwicklung des Wirbeltierherzens ist abhängig von molekularen Mechanismen, welche die Erzeugung kardialer Vorläuferzellen regulieren und seine Morphogenese steuern. Eine besonders wichtige Rolle während der Entwicklung des Herzens spielen mechanische Kräfte, welche durch Blutfluss als auch durch die Kontraktilität des Herzens erzeugt werden. Ausgelöst durch diese mechanischen Reize wird unter anderem die Morphogenese von Herzklappen beeinflusst. Bislang haben wir allerdings ein nur sehr unvollständiges Verständnis der molekularen Mechanismen, welche die Sensitivität endokardialer Zellen im Hinblick auf biomechanische Reize kontrollieren und davon wie solche Reize das Wachstum des Endokardiums und die Morphogenese des gesamten Herzens beeinflussen. Im Rahmen dieses Projektantrages sollen kardiale gewebsspezifische Transkriptomanalysen mit Lebendbeobachtungen von Zellverhalten kardialer Vorläuferzellen während der Herzentwicklung des Zebrafisches kombiniert werden. Wir konnten im Zebrafischembryo die Bedingungen zur Lebendbeobachtung der Herzklappenmorphogenese etablieren und haben ein Protokoll für Tomo-Seq eingeführt, einer Methode welche Transkriptomdaten mit hoher räumlicher Auflösung erzeugt. Die Entschlüsselung kardialer Einzelzell-Genexpressionen in Kombination mit lichtblattmikroskopischen Untersuchungen der embryonalen Zebrafischherzen wird dazu beitragen, sowohl die Stammbäume kardialer Vorläuferzellen aufzuklären als auch die molekulare Kontrolle von Einzelzellverhalten während der Herzklappenentwicklung genauer zu charakterisieren. In dieser Studie möchten wir die Hypothese adressieren, dass die Herzklappenbildung auf konservierten endoMT Prozessen kardialer Vorläuferzellen basiert. Dabei werden wir vor allem die Rolle biomechanischer Reize während dieses Prozesses untersuchen. Da die Stärke biomechanischer Kräfte in unterschiedlichen Bereichen des Herzens variiert und endokardiale Zellen unterschiedlich starke Reizantworten auf biomechanische Reize aufzeigen, existieren möglicherweise verschiedene Populationen von endokardialen Zellen mit unterschiedlichen Schwellenwerten für Mechanosensivität. Wir werden dies durch Einzelzell-Transkriptomanalysen in Abhängigkeit von biomechanischen Reizen prüfen. Schließlich sollen durch Einzelzelluntersuchungen unterschiedliche kardiale Zellpopulationen in vivo untersucht werden und deren Zellverhalten mittels Lebendbeobachtung unter unterschiedlichen permissiven und nicht-permissiven Bedingungen beobachtet werden, welche die Ausbildung von Herzklappen ermöglichen oder verhindern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen