Zur Effizienz und Potenz regenerierender Herzmuskellzellen im Zebrafisch

• Antragsteller: Professor Dr. Gilbert Weidinger
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Kardiologie, Angiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414077062

Im Vergleich zu Säugern besitzen Zebrabärblinge ("Zebrafische") wesentlich höhere regenerative Fähigkeiten. Nach Verletzung des Herzens bilden Zebrafische keine dauerhafte Narbe, und Herzmuskelzellen treten wieder in den Zellzyklus ein. Obwohl Zebrafisch-Herzregeneration immer wieder als "vollständig" bezeichnet wird, ist es unklar, inwieweit Herzen den Zustand, wie er vor der Verletzung herrschte, wiedererlangen. Insbesondere ist es nicht bekannt, in welchem Ausmaß Herzmuskelzellen, die durch die Verletzung abgetötet wurden, wieder regenerieren. Unsere Daten zeigen, dass die Zellzyklusaktivität von Herzmuskelzellen zum Erliegen kommt, lange bevor das Wundgewebe im Herzen vollständig verschwunden ist. Dies weist darauf hin, dass die Abwesenheit einer dauerhaften Narbe nicht als Evidenz für vollständige Herzmuskel-Regeneration verwendet werden kann. Da das Zebrafisch-Herz ein äußerst populäres Modell zur Aufklärung regenerativer Mechanismen geworden ist, halten wir es für essentiell, endlich zu klären in welchem Maß Herzmuskel wirklich regeneriert. Wir haben zuverlässige Methoden zur Bestimmung der Herzmuskelzellzahl entwickelt, basierend auf der Rekonstruktion dieser Zahlen von Gewebeschnitten mithilfe stereologischer Prinzipien. Wir werden diese Methoden nutzen, um die Zahl von Herzmuskelzellen zu verschiedenen Zeitpunkten nach Cryoläsion zu bestimmen. Dies wird uns nicht nur erlauben, das wahre Ausmaß der Regeneration zu bestimmen, sondern auch zu klären, mit welcher Dynamik Herzmuskelzellen entstehen und in welchem Zusammenhang dies mit der Auflösung des Wundgewebes steht.Des Weiteren wollen wir ein zweite grundlegende aber unbeantwortete Frage zu den zellulären Mechanismen der Zebrafisch-Herzregeneration klären. In etlichen regenerierenden Systemen finden sich faszinierende Fälle zellulärer Plastizität. Unter anderem können differenzierte Zellen in einen multipotenten Zustand dedifferenzieren. Während einige Studien mithilfe von Cre-lox basierender Verfolgung von Zellschicksalen klar gezeigt haben, dass im Zebrafisch differenzierte Herzmuskelzellen die Vorläufer darstellen von regenerierenden Herzmuskelzellen, wurde nicht gezeigt, ob diese Zellen evtl. auch andere Zelltypen während der Regeneration bilden können. Das liegt daran, dass alle Studien bisher transgene Linien für das Cre-lox System verwendet haben, die ausschließlich in Herzmuskelzellen exprimiert sind. Falls Herzmuskelzellen in andere Zelltypen transdifferenzieren können, wäre dieser faszinierende Vorgang unentdeckt geblieben. Wir haben eine neue Cre Responder Linie erzeugt, die in allen wesentlichen Zelltypen des adulten Herzens exprimiert ist. Damit werden wir fragen, ob Herzmuskelzellen zur endocardialen, epicardialen oder Fibroblasten-Linie beitragen können.Insgesamt wird unsere Arbeit zwei wesentliche grundlegende Fragen zu den Mechanismen der Zebrafisch-Herzregeneration beantworten, und damit eine fundiertere Bewertung dieses Modells ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen