Kommunikation von Stress an Zellkerne in Kardiomyozyten

Der Zellkern eines Kardiomyozyten, also der Herzmuskelzelle, dient als Steuerzentrum für die Genexpression und ermöglicht es dem Herzen, sich an Stress und schwankende hämodynamische Anforderungen anzupassen. Trotz seiner zentralen Rolle sind die Mechanismen, durch die Stresssignale von der Zellumgebung zum Zellkern gelangen und die Genaktivität so beeinflussen, dass die Kontraktionsfähigkeit des Herzens verbessert oder beeinträchtigt wird, bisher nur unzureichend verstanden. Diese Wissenslücke ist besonders relevant, wenn es darum geht, zu verstehen, wie physiologischer Stress, beispielsweise durch regelmäßige körperlicher Anstrengung, die Herzleistung steigert, während pathologischer Stress zu Krankheiten führen kann. Kardiomyozyten sind aufgrund ihrer hochspezialisierten Struktur, ihrer elektrischen Erregbarkeit und ihrer ständigen Belastung durch rhythmische Kontraktionskräfte einzigartig unter den Zellen. Diese Eigenschaften erfordern eine präzise Kommunikation zwischen externen Stressoren und dem Zellkern, um die Funktion aufrechtzuerhalten. Unsere Forschung wird untersuchen, wie Zellkerne von Kardiomyozyten auf zelluläre Umwelt, bestehend aus neurohormonellen, metabolischen und mechanischen Signalen, reagieren, die je nach Zusammenspiel unterschiedliche Auswirkungen auf die Gesamtfunktion der Zelle haben können. Unsere Studie zielt insbesondere darauf ab, herauszufinden, wie diese Stressoren die lokale Signalübertragung und die mechanischen Kräfte um den Zellkern herum verändern, was wiederum zu Veränderungen im Transkriptom führtder Menge aktiver Gene, die die kontraktile Funktion bestimmen. Mithilfe modernster 3D- Elektronenmikroskopie und Live-Imaging werden wir analysieren, wie sich der Zellkern unter physiologischen Bedingungen (z. B. bei körperlicher Anstrengung) und pathologischen Zuständen bewegt und anpasst. Durch die Verknüpfung unserer Erkenntnisse zur nuklearen Mechanik und den Änderungen im Transkriptom hoffen wir, ein umfassendes Verständnis dafür zu schaffen, wie sich das Herz an Stress anpasstoder seine Funktion verliert. Diese Arbeit hat das Potenzial, die molekularen Grundlagen der positiven Anpassung des Herzens an regelmäßige körperliche Anstrengung aufzudecken und gleichzeitig frühzeitige, behandelbare Mechanismen zu identifizieren, die dem schädlichen Umbau des Herzens bei Krankheiten zugrunde liegen. Diese Erkenntnisse könnten den Weg für neue therapeutische Ansätze zur Verbesserung der Herzfunktion und zur Bekämpfung der Herzinsuffizienz ebnen.