Warum kann sich das Herz eines Erwachsenen nicht regenerieren? Wissenschaftler: Aktiv ablehnen

Die Leber verfügt über die größte Regenerationsfähigkeit aller menschlichen Organe – sie kann sich sogar nach der Entfernung von 70 % regenerieren, was eine Lebendtransplantation möglich macht.

Als Kraftpumpe des menschlichen Körpers kann sich das Herz jedoch nach dem Erwachsenenalter nicht mehr regenerieren. Warum ist das so?

Kürzlich gaben Wissenschaftler der University of Pittsburgh und des University of Pittsburgh Medical Center eine unerwartete Antwort: Sie lehnten die Regeneration aktiv ab, um sich zu schützen.

Abbildung ｜ Schematische Darstellung des menschlichen Herzens (Quelle: Wikipedia)

Sie stellten fest, dass mit der Reifung der Herzzellen von Mäusen die Zahl einer Art von Kommunikationskanal, den sogenannten Kernporen, dramatisch abnimmt. Dies kann das Organ zwar vor schädlichen, mit Stress verbundenen Signalen wie Bluthochdruck schützen, verhindert jedoch auf Kosten der Herzzellen den Empfang von Signalen, die die Regeneration fördern, und verhindert somit die Regeneration erwachsener Herzzellen.

Die zugehörige Forschungsarbeit mit dem Titel „Changes in nuclear pore numbers control nuclear import and stress response of mouse hearts“ (Änderungen der Anzahl der Kernporen steuern den Kernimport und die Stressreaktion von Mausherzen) wurde in der Fachzeitschrift Developmental Cell veröffentlicht.

(Quelle: Entwicklungszelle)

„Unsere Studie erklärt, warum sich das Herz eines Erwachsenen nicht regenerieren kann, während die Herzen neugeborener Mäuse und Neugeborener dazu in der Lage sind“, sagte der leitende Autor Bernhard Kühn, außerordentlicher Professor für Pädiatrie an der University of Pittsburgh School of Medicine. „Diese Erkenntnisse stellen einen wichtigen Fortschritt im grundlegenden Verständnis der Entwicklung des Herzens im Alter und seiner Reaktion auf Stress dar.“

Das Herz ist ein Muskelorgan im Kreislaufsystem des Tieres, das Blut durch die Blutgefäße pumpt, den Körper mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt und ihm gleichzeitig hilft, Stoffwechselabfallprodukte zu entfernen. Es ist eines der wichtigsten Organe im tierischen Körper.

Wenn bei einem Menschen oder Tier ein Herzproblem auftritt, hat dies irreversible Auswirkungen auf den gesamten Körper.

Daher ist das Verständnis der Entwicklungsmechanismen des Herzens von entscheidender Bedeutung für die Vorbeugung und Behandlung von Herzerkrankungen.

Während die menschliche Haut und viele andere Gewebe nach einer Verletzung die Fähigkeit zur Selbstheilung behalten, ist dies beim Herzen nicht möglich.

Während der embryonalen und fetalen Entwicklung des Menschen kommt es zur Zellteilung der Herzzellen, um das Myokard zu bilden. Doch wenn die Herzzellen im Erwachsenenalter heranreifen, erreichen sie einen Endzustand, in dem sie sich nicht mehr teilen können.

Abbildung｜Namen der Teile des menschlichen Herzens. (Quelle: Wikipedia)

Um besser zu verstehen, wie und warum sich Herzzellen mit dem Alter verändern, untersuchte das Forschungsteam die Kernporen von Mäusen. Die Kernpore ist ein in die Kernmembran des eukaryotischen Zellkerns eingebetteter Komplex und stellt den Kanal für den Stoffaustausch zwischen Zellkern und Zytoplasma dar.

Wie Asphalt auf einer Autobahn ist die Kernmembran eine undurchlässige Schicht, die den Zellkern schützt, während die Kernporen wie Kanaldeckel auf der Autobahn sind: Durchgänge, durch die Informationen durch die Barriere in den Zellkern gelangen.

Zu diesem Zweck verwendete das Forschungsteam hochauflösende Mikroskopie, um die Anzahl der Kernporen in Herzzellen von Mäusen oder Kardiomyozyten zu beobachten und zu zählen.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Zahl der Kernporen im Laufe der Entwicklung um 63 % abnahm, von durchschnittlich 1.856 in fetalen Zellen auf durchschnittlich 1.040 in Säuglingszellen und dann auf durchschnittlich nur noch 678 in erwachsenen Zellen.

Abbildung | Während der Reifung der Kardiomyozyten nimmt die Anzahl der Kernporen ab. (Quelle: Dieses Dokument)

In früheren Studien hat das Forschungsteam die Bedeutung eines Gens namens Lamin b2 für die Regeneration von Kardiomyozyten bestätigt. Die Expression dieses Gens ist bei neugeborenen Mäusen hoch, nimmt jedoch mit dem Alter ab.

In dieser Studie stellten sie fest, dass die Blockierung der Lamin b2-Expression bei Mäusen zu einer Verringerung der Anzahl der Kernporen führte. Bei Mäusen mit weniger Kernporen war der Transport von Signalproteinen zum Zellkern und die Genexpression verringert. Dies lässt darauf schließen, dass eine mit dem Alter abnehmende Kommunikation die Regenerationsfähigkeit der Kardiomyozyten beeinträchtigen könnte.

„Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Anzahl der Kernporen den Informationsfluss in den Zellkern steuert. Wenn Herzzellen reifen und die Anzahl der Kernporen abnimmt, erreichen immer weniger Informationen den Zellkern“, erklärt Kühn.

Als Reaktion auf Stress, beispielsweise Bluthochdruck, empfangen die Kerne der Kardiomyozyten Signale, die genetische Pfade verändern und die Struktur des Herzens umformen. Dieser Umbau ist die Hauptursache für Herzversagen.

Zu diesem Zweck versuchte das Forschungsteam anhand eines Mausmodells für Bluthochdruck zu verstehen, wie Kernporen diesen Umbauprozess fördern.

Sie fanden heraus, dass bei Mäusen, die so gezüchtet wurden, dass sie weniger Kernporen aufwiesen, auch eine geringere Regulierung der Genwege auftrat, die an der schädlichen Umgestaltung des Herzens beteiligt sind. Darüber hinaus hatten diese Mäuse auch eine bessere Herzfunktion und Überlebensraten als Mäuse mit mehr Kernporen.

Aus diesem Grund kann sich das Herz eines Erwachsenen nicht regenerieren.

Referenzlinks:

https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00719-5