Von der ersten Zelle zum ersten Herzschlag: Die Entwicklung des Herzens wird sichtbar

Herz

Molekularbiologe Christian Mosimann und sein Team machen die Entwicklung des Herzens von Zebrafischen sichtbar und legen so die Basis für das Verständnis für die Entstehung von Herzfehlern.
 

Das Herz ist das früheste funktionierende Organ des Körpers. Doch nicht immer arbeitet das Herz wie es sollte: Rund ein Prozent der Säuglinge leiden an einem angeborenen Herzfehler. Die Ursachen für diese Klappen- und Scheidewanddefekte sind erst unvollständig bekannt. Das könnte sich jetzt ändern: Molekularbiologe Christian Mosimann und sein Team machen die Entwicklung des Herzens von Zebrafischen von der ersten Zelle bis zur vollständigen Herzkammer sichtbar und legen so die Basis für das tiefere Verständnis für die Entstehung von Herzfehlern.

 

Die Kammern des Herzens bilden den Motor für den Austausch und die Verteilung des Sauerstoffs im ganzen Körper - ein Leben lang. Angeborene Defekte in der linken – für die Durchblutung des Körpers zuständigen - Hauptkammer, werden heute mit chirurgischen Eingriffen oder Herztransplantation im Kindesalter operativ korrigiert. Allerdings ist heute es heute immer noch unklar, wie es zu solchen angeborenen Defekten des Herzens kommt. Grundlagenforschungen an Mäusen und Zebrafischen haben in den letzten Jahren das Verständnis über die der frühesten Abläufe bei der Herzentwicklung stark verbessert. 

Nun hat das Team um Christian Mosimann, Assistenz-Professor an der Universität Zürich, zum ersten Mal im Zebrafisch live dokumentieren können, wie die linke Herzkammer aus ihren Vorläuferzellen entsteht. Die mehrjährige Arbeit ging in enger Kollaboration mit dem Labor von Dr. Daniela Panakova am Max-Delbrück Center in Berlin einher. 
 

Zusehen bei der frühesten Herzentwicklung

Zebrafische entwickeln ihr Herz rasend schnell: Bereits innerhalb von 24 Stunden besitzt der optisch völlig transparente Zebrafischembryo ein schlagendes Herz mit Vorhof, Hauptkammer und Blutkreislauf. Prof. Mosimann und sein Team verwenden neueste transgene Technologien für die Mikroskopie der Entwicklungsschritte am sich entwickelnden Embryo. Die beiden Doktorandinnen Anastasia Felker und Karin Prummel haben transgene Zebrafische entwickelt die bereits die frühesten Herzvorläuferzellen mit fluoreszent leuchtenden Proteinen markieren. Obwohl es schon vorher solche Markierungsmethoden gab, hat das Team einen Durchbruch erzielt durch die Verwendung von im Labor isolierten Erbgut-Sequenzen, welche gezielt die Markierung bereits in der Frühentwicklung des Zebrafisches leuchten lässt. 

Die resultierenden Mikroskopiedaten zeigen nun erstmals, dass die linke Herzkammer aus einem kontinuierlichen Zustrom von Zellen entsteht und diese Zellen miteinander kommunizieren, um so ihre Identität und Zusammenhalt zu steuern. In einer zweiten Publikation, welche in der gleichen Ausgabe von Nature Communications erschien, zeigte das Team von Dr. Panakova, wie die entstehenden Herzkammern sich erweitern und aufblasen. Den dazu benötigten Mechanismus zur Steuerung der Zellarrangierung und Kommunikation wurde mit Hilfe von genetisch editierten Zebrafischen aus dem Mosimann Labor mitentschlüsselt.
 

Vom Aquarium zum Patientenbett?

Die neuen Resultate werfen ein klärendes Licht auf teilweise widersprüchliche frühere Daten aus verschiedenen Laboren weltweit und knüpfen direkt an Erkenntnisse an Mäusen an. Zebrafische und Mäuse bilden ihre Hauptkammern auf ähnliche Weise. Dazu Mosimann: „Dieser Umstand lässt auf ein uraltes entwicklungsbiologisches Prinzip schliessen und lässt vermuten, dass die Entstehung des Herzens beim Menschen ähnlich verläuft“. Die Möglichkeit, die Entstehung einer Herzkammer live im Zebrafisch beobachten zu können, ermöglicht jetzt erstmals die Erforschung der kausalen Zusammenhänge von Erbgutdefekten und angeborenen Herzfehlern bei Kindern. Die Forscher wollen mit ihren neuen Erkenntnissen aus der Grundlagenforschung dazu beitragen, in der Klinik die Diagnose und genetische Beratung für angeborene Herzerkrankungen zu verbessern. 
 

Publikationen

Continuous addition of progenitors forms the cardiac ventricle in zebrafish.
Felker A, Prummel KD, Merks AM, Mickoleit M, Brombacher EC, Huisken J, Panáková D, Mosimann C.
Nat Commun. 2018 May 21;9(1):2001. doi: 10.1038/s41467-018-04402-6.

Planar cell polarity signalling coordinates heart tube remodelling through tissue-scale polarisation of actomyosin activity.
Merks AM, Swinarski M, Meyer AM, Müller NV, Özcan I, Donat S, Burger A, Gilbert S, Mosimann C, Abdelilah-Seyfried S, Panáková D.
Nat Commun. 2018 Jun 4;9(1):2161. doi: 10.1038/s41467-018-04566-1.
 

Kontakt

Universität Zürich
Prof. Dr. Christian Mosimann
Institute for Molecular Life Sciences
Winterthurerstrasse 190
8057 Zürich

Email christian.mosimann(at)imls.uzh.ch

Christian Mosimann

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