3. Dezember

How to break a heart – wenn Herzmuskelzellen reißen

Die Herzinsuffizienz ist eine der häufigsten Todesursachen weltweit und stellt häufig das Endstadium von Kardiomyopathien dar. Kardiomyopathien sind Erkrankungen des Herzmuskels, die mit mechanischen und/oder elektrischen Funktionsstörungen einhergehen. Üblicherweise rufen sie eine pathologische Verdickung, eine sogenannte Hypertrophie oder Erweiterung der Herzkammern hervor und können letztlich zum Auftreten des plötzlichen Herztods führen. Ein Forscherteam aus dem UKE untersucht anhand eines 3D-Herzmuskelzell-Organoids die Krankheitsenstehung, um so neue Therapieansätze zu entwickeln.

Die Verbindung zwischen benachbarten Herzmuskelzellen erlaubt die Weiterleitung mechanischer und elektrischer Signale, die eine gemeinsame Kontraktion und Entspannung der Herzmuskelzellen im Verbund ermöglichen. Ist diese Verbindung gestört, trägt dies zur Entstehung von Kardiomyopathien und Herzrhythmusstörungen bei. Die Rolle des Nebulin-related Achoring Proteins (NRAP) für die Krankheitsentstehung soll in humanen, genetisch veränderten Stammzellen untersucht und im 3D-Herzmuskelzell-Organoid modelliert werden.

Die Erregungsübertragung erfolgt durch spezielle Zellverbindungen zwischen den Herzmuskelzellen, die als Glanzstreifen bezeichnet werden. Veränderungen der Proteinzusammensetzung dieser Glanzstreifen wurden in kausalen Zusammenhang mit dem Krankheitsbild der unterschiedlichen Kardiomyopathien gebracht.

Als Bestandteil dieser Glanzstreifen wies das Nebulin-Related Anchoring Protein (NRAP) in verschiedenen Kardiomyopathien eine veränderte Häufigkeit und Lokalisation auf. Bereits bei der sehr frühen Herzentwicklung und Organisation der kontrahierenden Funktionseinheiten, der Herzmuskelzellen, spielt NRAP eine wichtige Rolle. Zudem sind mehrere Interaktionen mit Proteinen, die an der Kontraktion der Herzmuskelzellen beteiligt sind, bekannt. Trotz der potentiellen Funktion bei der Herzentwicklung und der Weiterleitung mechanischer Signale über die Glanzstreifen, sind die (patho)physiologischen Funktionen von NRAP bisher kaum erforscht.


Abb.1: Schematische Darstellung einer Herzmuskelzelle mit vereinfachtem Signalweg der Protein Kinase D.

Das Ziel der Forschungsarbeit besteht darin, die Beteiligung von NRAP bei der Entstehung kardialer Erkrankungen zu verstehen und eine mögliche Regulation durch PKD auf die ungestörte Erregungsübertragung und Kontraktionsfähigkeit zu untersuchen. Dafür sollen aus humanen Hautzellen hergestellte Stammzellen genetisch verändert und zu Herzmuskelzellen entwickelt werden, die durch einen Verlust oder eine übermäßige Häufigkeit von NRAP charakterisiert sind.

Aus den veränderten Herzmuskelzellen entwickeln die Forscher:innen spezielle 3D-Organoide, sogenannte Engineered heart tissues, um Kraftmessungen und morphologische Veränderungen mittels spezieller Kamerasysteme in Echtzeit zu verfolgen. So können neue Therapieansätze bei kardialen Erkrankungen entwickelt werden.