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Dargestellt ist eine Muskelfaser der Taufliege. Die charakteristische Lokalisation des SERCA Enzyms (rot) entlang der einzelnen Sarkomere ermöglicht kontrollierte und schnell aufeinanderfolgende Kontraktionen. Die Zellkerne der vielkernigen Muskelfaser sind blau eingefärbt.

Den richtigen Rhythmus finden – Osnabrücker Entwicklungsbiologen erhalten DFG-Förderung für Herzforschung

12.09.2024

Wie passt das Herz seinen Rhythmus an sich verändernde körperliche Anforderungen an? Diese Frage wird zukünftig durch ein Team um PD Dr. Heiko Harten im Rahmen eines DFG-geförderten Projekts näher untersucht. Dabei möchten die Forschenden insbesondere überprüfen, ob ein molekularer Mechanismus, den sie zuvor bei der Taufliege Drosophila melanogaster entdeckt haben, auch im menschlichen Herzen eine entscheidende Rolle spielt.

Das menschliche Herz pumpt täglich rund 8.000 Liter Blut durch das Gefäßsystem. Um dies zu gewährleisten, muss beim Menschen und bei den meisten Tieren die Konzentration von Kalziumionen innerhalb der Herzmuskelzellen genau reguliert werden. Als entscheidender Faktor dieser Regulation ist bereits seit längerem die Kalziumpumpe „SERCA“ bekannt. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, Kalziumionen aus dem Zytosol der Muskeln zu transportieren. Dieser Prozess leitet die Entspannungsphase der Muskeln ein, also die Relaxation. Ein regelmäßiger Herzschlag kann nur stattfinden, wenn die Kalziumpumpe richtig funktioniert.

In früheren Experimenten konnten Biologinnen und Biologen der AG Zoologie/ Entwicklungsbiologie einen bislang unbekannten Mechanismus beschreiben, den die Herzzellen nutzen, um die Aktivität der Kalziumpumpe zu regulieren. Der Mechanismus stellt offenbar sicher, dass das Herz unter wechselnden physiologischen Bedingungen seine Frequenz anpassen kann, ohne die Rhythmizität zu verlieren. Diese neu identifizierte Ebene der Regulation basiert auf der Aktivität des Enzyms „Neprilysin 4“. Bislang wurden Neprilysine nicht mit Erkrankungen des Herzens bzw. mit der Regulation der Kalziumpumpe in Verbindung gebracht.

Während die bisherigen Daten im Wesentlichen in der Taufliege Drosophila melanogaster erhoben wurden, eines der weltweit am häufigsten genutzten Modellsysteme für translationale Forschungsprojekte an der Schnittstelle zwischen Biologie und Medizin, sollen die geplanten Experimente nun auf menschliche Zellkulturen sowie auf Herzgewebe-Präparationen ausgeweitet werden. „Wir konnten in Vorversuchen bereits zeigen, dass die im Herz der Taufliege vorkommenden relevanten Faktoren auch im menschlichen Herz existieren und ihre Verteilung innerhalb der Herzmuskelzellen annähernd identisch zu der entsprechenden Verteilung im Fliegenherz ist. Dies deutet auf eine vergleichbare Funktionalität hin“, so Studienleiter PD Dr. Heiko Harten. „Sollte der in der Taufliege entdeckte Mechanismus tatsächlich auf das menschliche Herz übertragbar sein, könnten unsere Erkenntnisse eine wichtige Grundlage für die Entwicklung neuartiger Therapien zur Behandlung humaner Herzkrankheiten darstellen.“

Die zukünftige Erforschung dieser Fragestellungen wird nun durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) mit einer Doktorandenstelle sowie mit Sachmitteln gefördert (DFG HA 6421/4-1).

Weitere Informationen für die Redaktionen:
PD Dr. Heiko Harten, Universität Osnabrück
Fachbereich Biologie / Chemie
Tel.: +49 541 969 2858