Kardiomyozytenregeneration und Multi-Isotopen MS

Herzinsuffizienz ist eine der führenden Todesursachen weltweit. Wirkungsvolle Therapien, um die im Rahmen einer ausgedehnteren Verletzung unzureichende Herzmuskelregeneration zu stimulieren sind notwendig. Das Myokard besitzt ein begrenztes Potential zur Regeneration, unter anderem durch im Herz angesiedelte pluripotente Stammzellen. Derzeit ist es nicht eindeutig, welchen Beitrag Stamm-zellen bzw. die Teilung von adulten Herzmuskelzellen zur Herzregeneration nach einem ausgedehnten Infarkt leisten, wenn der Ersatz durch gesundes Gewebe von entscheidender Bedeutung ist. Um die regenerative Kapazität des Herzens besser beurteilen zu können, sind Methoden nötig, um längerfristig die Zellteilungs- und Herzmuskelerneuerungsrate zu messen. Im Rahmen dieses Projektes werde ich durch die Verknüpfung zweier Methoden versuchen zu bestimmen welchen Anteil Stammzellen und adulte Herzmuskelzellen an der Regeneration des geschädigten Herzmuskels haben. Ein genetisches fate-mapping Mausmodell unter Verwendung eines bitransgenischen Markierungssystems, basierend auf induzierbarer Cre/LoxP Expression in Kardiomyozyten erlaubt es, vorhandene Herzmuskelzellen zu identifizieren und zu verfolgen und von Zellen, die aus einer Stammzellennische hervorgegangen sind, abzugrenzen. Mit dieser Methode ist es nicht möglich zu beurteilen, welche Zellen sich nach einer Verletzung geteilt haben. Multi-Isotopen Imaging Massenspektrometrie (MIMS) ist jedoch in der Lage, die Zellteilungsgeschichte quantitativ zu erfassen. MIMS vermag gleichzeitig über einen längeren Zeitraum mehrere stabile Isotope mit einer subzellären Auflösung zu messen. Somit lassen sich sowohl Zellintegration aus einer Stammzellenpopulation (durch genetisches fate-mapping) fest-stellen als auch bestimmen, welche Zellen sich geteilt haben (via MIMS). Studien der jüngeren Vergangenheit legen es nahe, daß Stammzellpopulationen, die zur Herzregeneration beitragen entweder im Herz selbst oder im Knochenmark residieren. Knochenmarktransplatationsstudien in Verbindung mit genetischen und Isotopen-basierenden Markierungsmethoden werden es ermöglichen, das Schicksal von Knochenmarkszellen nach einem experimentellen Herzinfarkt zu verfolgen. Drei Hypothesen werden getestet. Hypothese 1: Die basale Kardiomyzytenteilungsrate ist niedrig, ohne messbare Einbringung von Zellteilung durch Zellen eines Vorläuferpools. Der Umsatz und die Teilung der Kardiomyozyten in unverletzten Mäusen wird mittels MIMS und genetischem fate-mapping in vivo gemessen. Hypothese 2: Nach einer Verletzung des Herzmuskels werden Kardiomyozyten vorrangig durch Stammzellen und nicht durch Teilung ausgereifter Kardiomyozyten ersetzt. Durch die Verbindung von MIMS und genetischem fate-mapping werde ich die Zellteilungsrate in vivo nach einer Überdruckbelastung oder einem experimentellen Herzinfarkt innerhalb der vorhandenen Kardio-myozytenpopulation verfolgen und quantifizieren und mit der der Stammzellenpopulation vergleichen. Hypothese 3: Herzmuskelzellen werden teilweise durch Vorläuferzellen aus dem Knochenmark ersetzt. Genetisches fate-mapping und Isotopenmarkierung in Kombinations mit Knochenmark-transplantationsstudien ermöglichen es, das Schicksal von aus dem Knochenmark stammenden Vorläuferzellen nach einem experimentellen Herzinfarkt oder einer Überdruckbelastung zu verfolgen.