Was die Regeneration angeht, ist der Mensch eigentlich zu schwach …

In Superheldenfilmen ist Regeneration ein mächtiger Fertigkeitspunkt. Egal, welche Art von Schaden Sie erleiden, Sie können innerhalb kurzer Zeit mit voller Gesundheit wieder zum Leben erwachen und weiterkämpfen. Wie der böse Deadpool kann er gebrochene Gliedmaßen nachwachsen lassen und sogar sein Herz und seine Lunge können herausgenommen werden.

Gebrochene Arme und Beine können weiter nachwachsen｜Giphy

Normale Menschen verfügen sicherlich über gewisse Regenerationsfähigkeiten. Selbst wenn beispielsweise ein gesunder Mensch zwei Drittel seiner Leber spendet, kann sich das verbleibende Drittel innerhalb weniger Monate regenerieren und seine normale Größe wieder annehmen.

Doch leider kann sich das für den Menschen so lebenswichtige Herz nicht regenerieren.

Unser Herz besteht aus Kardiomyozyten. Diese Zellen halten den Herzschlag aufrecht. Bei einer Schädigung ist die Herzfunktion dauerhaft beeinträchtigt und kann in schweren Fällen sogar zum Tod führen. Derzeit sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen die häufigste Todesursache weltweit. in meinem Land leiden etwa 330 Millionen Menschen an Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Das Herz verfügt über keine Regenerationsfähigkeit. Wenn es regeneriert werden kann, können viele Leben gerettet werden｜Giphy

Wenn wir dem Herzen die Fähigkeit zur Regeneration geben könnten, könnten wir vielleicht einen Weg finden, Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu bekämpfen.

Um das Geheimnis der Herzregeneration zu lüften, untersuchten der amerikanische Biologe Kenneth Poss und sein Team den Zebrafisch, einen Fisch mit extrem starken Regenerationsfähigkeiten, und fanden in seinem Gehirn und seinen Nieren Wächterzellen, die vor einem Herztrauma warnen. Das geschädigte Herz verwendet Hormone, um Wächter im Gehirn und in den Nieren zu benachrichtigen. Diese arbeiten mit entfernten Organen zusammen, um die Herzregeneration zu regulieren und die verschiedenen physiologischen Veränderungen in diesem Prozess zu koordinieren. Die Studie wurde in Nature Cell Biology veröffentlicht.

Erstaunlicher Zebrafisch

Das Phänomen der Organregeneration kommt in der Natur nicht selten vor. Hydras und Planarien beispielsweise müssen nur einen sehr kleinen Teil ihres Gewebes behalten, um einen vollständigen Körper nachwachsen zu lassen. Bei der Erforschung der Regenerationsfähigkeit sind Zebrafische jedoch die Favoriten der Wissenschaftler.

Ein Paar erwachsener weiblicher Zebrafische | Azul

Zunächst einmal können sich viele wichtige Organe des Zebrafisches regenerieren, etwa das Herz, das Rückenmark und die Flossen (entsprechend den menschlichen Gliedmaßen). Das Verständnis des Regenerationsprozesses dieser Organe kann dabei helfen, damit verbundene Krankheiten besser zu erforschen und Behandlungspläne zu entwickeln.

Als Wirbeltiere haben Zebrafische viele der gleichen wichtigen Organe wie Säugetiere. Daher können Forscher nicht nur die Regenerationsfähigkeit bestimmter Organe untersuchen, sondern auch verstehen, wie verschiedene Organe während des Regenerationsprozesses kommunizieren und zusammenarbeiten.

Aus evolutionärer Sicht ist die Ähnlichkeit zwischen Zebrafisch und Mensch nicht gering. Mehr als 70 % der menschlichen Gene haben Gegenstücke im Zebrafisch. Daher kann das Studium des Zebrafisches als gute Referenz für den Menschen dienen.

Zebrafische eignen sich hervorragend für die Forschung, da sie dem Menschen ähneln und über starke Regenerationsfähigkeiten verfügen.

Wie regeneriert sich das Herz?

Adulte Kardiomyozyten besitzen keine Fähigkeit zur Regeneration. Bei einer Schädigung des menschlichen Herzens bildet sich fibrotisches Narbengewebe, das den Herzschlag beeinträchtigt.

Bei einer Herzschädigung können auch die Nieren Probleme haben. Die Nieren sind die „Blutfilter“ unseres Körpers. Sie filtern überschüssiges Wasser und Abfallstoffe aus dem Blut, um Urin zu bilden, und regulieren gleichzeitig den Wasser- und Salzhaushalt unseres Körpers und kontrollieren den Blutdruck. Wenn das Herz geschädigt ist, kann dies zu einer Reihe von Problemen führen, beispielsweise zu einer unzureichenden Durchblutung der Nieren, einem Anstieg des Nierenvenenblutdrucks, Nierenschäden und sogar Nierenversagen.

Die Fähigkeit des Zebrafisches zur Herzregeneration ist wesentlich stärker. Wenn das Herz beschädigt ist, beginnen die verbleibenden Kardiomyozyten, sich zu reproduzieren und die verlorenen Teile nachwachsen zu lassen. Gleichzeitig können sich die Nieren schnell selbst regulieren und Flüssigkeiten effizient austauschen.

Von oben nach unten: Gehirn, Herz und Nieren des Zebrafisches | Referenz [1]

Wenn das menschliche Herz geschädigt ist, können die Nieren nur auf das Unglück warten. aber das Herz und die Nieren des Zebrafisches sind effizient miteinander verbunden. Wie können die entfernten Nieren die Nachricht von einer Herzschädigung erhalten und rechtzeitig reagieren?

Nierenwächter arbeiten zusammen

Die Forscher stellten in der Studie fest, dass bei einer Herzverletzung ein Wächtermechanismus in der Niere, CEN, seinen Reaktionsmechanismus aktiviert, um den Flüssigkeitshaushalt aktiv zu kontrollieren und so den durch die Herzverletzung verursachten Schaden zu bewältigen.

Herz: Rette mich... | Giphy

Dieses Sentinel-CEN ist eine DNA-Sequenz, die wissenschaftlich als „Tissue Regeneration Enhancer Elements“ (TREE) bekannt ist.

Jede Zelle eines Organismus enthält dasselbe genetische Material, die DNA. Aber warum weisen Zellen mit denselben Genen unterschiedliche Erscheinungsformen und Funktionen auf?

Denn in unterschiedlichen Situationen können Zellen durch die Expression unterschiedlicher Gene unterschiedliche Funktionen erfüllen. „Enhancer“ sind eine der Möglichkeiten, mit denen Zellen die Genexpression kontrollieren. Enhancer sind spezifische DNA-Sequenzen, die die Genexpression durch Bindung an Proteine ​​steuern können.

Wenn die „Enhancer“ einsatzbereit sind, können sie an Proteine ​​binden und die Genexpression fördern. wenn sie geschlossen sind, ist das Expressionsniveau der Gene relativ niedrig. Bei Geweberegenerationsverstärkern handelt es sich also um bestimmte DNA-Sequenzen, die den Geweberegenerationsprozess steuern, und CEN ist eine davon.

Wenn sich CEN öffnet, um Gäste willkommen zu heißen, kann es an Proteine ​​binden und die Genexpression fördern｜Giphy

Bei einer Herzverletzung öffnet CEN seine Arme, um die Bindung von Proteinen zu ermöglichen, wodurch die Expression vieler Gene direkt und indirekt gesteuert, verschiedene Herzzellen aktiviert und mobilisiert und das Ziel der Herzregeneration erreicht wird.

Im Gegensatz zu anderen Geweberegenerationsverstärkern ist die Wirkung von CEN während der Herzregeneration jedoch nicht auf das Herz beschränkt – CEN wird auch in den Nieren aktiviert. Gleichzeitig erreichen Hormone im Körper die Nieren, aktivieren deren Rezeptoren und verbinden sich dann mit dem geöffneten CEN, um die Expression spezifischer Nierengene zu fördern, den Flüssigkeitshaushalt aktiv zu regulieren und auf die durch eine Herzverletzung verursachte Krise zu reagieren.

Kann die Herzregeneration des Zebrafisches ohne CEN immer noch so reibungslos verlaufen?

Die Forscher verwendeten eine Technologie zur Genomeditierung, um die CEN-Sequenz aus der DNA des Zebrafisches zu löschen. Sie stellten fest, dass Zebrafische, die diesen Wächter verloren hatten, zwar noch ein Herz nachwachsen lassen konnten, jedoch nicht in der Lage waren, den Flüssigkeitsaustausch normal zu regulieren. Dies kann daran liegen, dass es im Herzen andere „Wächter“ gibt, die die Regeneration von Kardiomyozyten kontrollieren können, während in den Nieren die Funktion von CEN unersetzlich ist.

Wenn der Mensch seine Regenerationsfähigkeiten besser nutzen kann, wird sich seine Gesundheit erheblich verbessern｜Giphy

Die Regeneration ist kein Kampf, den das verletzte Organ allein ausfechten muss. Auch Organe, die nicht direkt verletzt sind, reagieren sozusagen. Eine einzige Bewegung kann den gesamten Körper beeinflussen. Wenn es dem Menschen gelänge, seine Regenerationsfähigkeiten besser zu nutzen, um beschädigte Organe – seien es Herz, Nieren, Leber, Hände oder Füße – zu reparieren, könnten wir zahllose Leben retten und die Lebensqualität unzähliger Menschen verbessern.

Verweise

[1] Sun, F., Ou, J., Shoffner, AR et al. Die Auswahl der Enhancer bestimmt die Genexpression in entfernten Organen während der Geweberegeneration. Nat Cell Biol (2022). https://doi.org/10.1038/s41556-022-00906-y

[2]Strategien zur kardialen Regeneration: Im Herzen jung bleiben https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5614484/

[3] Wie man es vermeidet, „traurig“ zu sein, wenn man dem „Killer Nummer eins“ gegenübersteht http://www.news.cn/mrdx/2021-09/30/c_1310219361.htm

[4] Was ich von Zebrafischzellen über Regeneration gelernt habe | Die erstaunlichen Regenerationsfähigkeiten des Zebrafisches | Chen-Hui Chen | TEDxTaipeihttps://www.youtube.com/watch?v=PGx3i9_vhZ0

Autor:Hazel

Herausgeber: Xiao Towel, du Shiyou

Eine KI

Ah, unsere KI kann durch den Austausch eines Teils regeneriert werden.

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