Forschung mit Herz: SPARC bildet Herzmuskel aus Stammzellen

Die Entwicklung des Herzmuskels im Embryo wird entscheidend von dem Protein SPARC mitbestimmt. Diese bisher unbekannte Bedeutung von SPARC wurde im Rahmen eines Projekts des Wissenschaftsfonds FWF entdeckt. Das Protein wirkt maßgeblich auf die Aktivität von jenen Genen, die für die Entstehung von Herzzellen aus - zunächst undifferenzierten - Zellen eines Embryos verantwortlich sind. Die Ergebnisse des an der Medizinischen Universität Wien durchgeführten Projekts können zukünftig dazu beitragen, Herzzellen für den Einsatz in der Zelltherapie für HerzinfarktpatientInnen zu züchten.

Strukturen einer ausdifferenzierten Herzzelle unter dem Fluoreszenz-Mikroskop. Grün: Bestandteile der Muskelfasern. Blau: DNA im Kern. Rot: ein im Zytoplasma und im Zellkern verteiltes Protein. © Für redaktionelle Zwecke bei Nennung der Quelle kostenfrei: Georg Weitzer

Wenn das Herz nicht mehr mitmacht, ist guter Rat - und Ersatz - teuer. Eine Transplantation oder der Einbau eines Kunstherzens ist riskant - und zukünftig wohl auch nicht immer notwendig. Eine bessere Möglichkeit wird die Ergänzung von geschädigtem Herzmuskel mit neuem Herzgewebe bieten. Einen wichtigen Beitrag für die dazu notwendige Herstellung von Herzmuskelzellen hat jetzt ein Team um Prof. Georg Weitzer von den Max Perutz Laboratories am Department für Medizinische Biochemie der Medizinischen Universität Wien geleistet.


Herzensboten

Dem Team um Prof. Weitzer gelang es zu zeigen, dass SPARC eine Schlüsselfunktion bei der Entwicklung von Herzzellen zukommt. Dazu Prof. Weitzer: "Das Herz ist nach der Befruchtung der Eizelle das erste Organ, das sich bildet. Die zur Bildung notwendige Spezialisierung der zunächst wenig entwickelten Zellen erfolgt durch Botenstoffe, die zum richtigen Zeitpunkt ein Entwicklungsprogramm für Herzmuskelzellen aktivieren. Mein Team konnte jetzt zeigen, dass SPARC ganz am Anfang dieser Abfolge von Botenstoffen steht und quasi die Initialzündung für die Entstehung des Herzens schafft." SPARC wirkt dabei auf die Aktivität der als bmp2 und nkx2.5 bezeichneten Gene, die entscheidend die Herzentwicklung steuern. Ganz am Anfang dieses komplexen Prozesses steht eben SPARC.


Modell mit Rhythmus

Die klare Analyse der komplexen Regulationsmechanismen bei der Differenzierung von Stammzellen zu Herzzellen konnte Prof. Weitzer auf Grund eines praktischen Labormodells ausführen: den "embryoid bodies". Diese Aggregate aus embryonalen Stammzellen lassen sich aus bestehenden Kulturen herstellen und bieten ein einfach zu handhabendes Modell für die sehr frühe Entwicklung eines Embryos. Tatsächlich entwickeln sich in diesen Aggregaten aus zunächst undifferenzierten Zellen unter anderem Herzzellen, die unter dem Mikroskop klar an ihrem rhythmischen Schlagen erkennbar sind.

Zum wissenschaftlichen Nutzen des Modells der "embryoid bodies" erläutert Prof. Weitzer: "Das verhältnismäßig einfache Beobachten der schlagenden Herzmuskelzellen erlaubt es uns, jene Prozesse zu analysieren, die einen Einfluss auf deren Entstehung haben. So stellten wir fest, dass ‚embryoid bodies', die mit SPARC behandelt wurden, sich wesentlich rascher zu schlagenden Herzmuskelzellen entwickelten als jene, die kein zusätzliches SPARC erhielten." Und auch ein wichtiges Kontrollexperiment konnte das Team um Prof. Weitzer mit den "embryoid bodies" durchführen. Dazu wurden diese mit SPARC, aber gleichzeitig auch mit Antikörpern gegen SPARC behandelt. Diese Proteine inaktivierten das Protein SPARC durch ihre sehr spezifische Bindung und blockierten damit großteils die Herzmuskelzellenentwicklung.

Das elegante Versuchssystem der "embryoid bodies" hat es Prof. Weitzer ermöglicht, bereits ein weiteres Protein zu identifizieren, das ebenfalls große Bedeutung bei der Entwicklung der Herzmuskelzellen hat. Diese Ergebnisse befinden sich aktuell im Peer Review Process und werden im Jahr 2006 veröffentlicht werden.

Die Ergebnisse dieses FWF-Projekts tragen dazu bei, dass in Zukunft Herzmuskelzellen zur Stärkung erkrankter und geschwächter Patientenherzen zur Verfügung stehen könnten. Damit könnten riskante und teure Transplantationen und der Einsatz von Kunstherzen auf weniger und besonders kritische Fälle reduziert werden.

Wissenschaftlicher Kontakt
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Max F. Perutz Laboratories
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Der Wissenschaftsfonds FWF
Mag. Stefan Bernhardt

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