Julia Kruse

Analyse der Herzregeneration nach mechanischer Schädigung des Ventrikels des adulten Molches Notophthalmus viridescens

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt der Naturwissenschaftlichen Fakultät I der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 06.06.2008

Abstract
Molche sind bekannt für ihre Fähigkeit verschiedene Organe wie ihre Extremitäten, den Schwanz, die Kiefer, die Iris und die Retina und Teile des Herzen regenerieren zu können bekannt. Dadurch eignen sie sich gut für die Untersuchung der, der Regeneration zu Grunde liegenden Mechanismen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Molch Notophthalmus viridescens seinen mechanisch geschädigten Ventrikel innerhalb von 12 Wochen regenerieren kann. In den Regenerationsprozess sind mitotische Aktivitäten verschiedener Zelltypen involviert. Die Mitosehäufigkeit ist 14 Tage nach der Schädigung am größten. Mittels Microarrayhybridisierungen und Immunfluoreszenzfärbungen konnte eine massive transiente Verringerung der Expression von Sarkomerproteinen wie der Myosin-Schweren-Kette, des α-Aktinins und des Myomesins bei gleichzeitigem Anstieg der Expression von glattmuskelspezifischen Genen und Proteinen einschließlich des α-Glattmuskelaktins beobachtet werden. Diese Veränderungen der Zusammensetzung des Zytoskelettes könnten ein Indiz für die Dedifferenzierung von Kardiomyozyten sein. Außerdem konnte die Expression von Thymosin β4, einem G-Aktin bindendem Peptid, das in die zelluläre Mobilität involviert sein könnte, detektiert werden. Regenerierende Herzen haben darüber hinaus auch die Antigene 22/18 und Zytokeratin 18, die Marker für das regenerierende Stumpfblastems des Molches sind, exprimiert und reflektieren möglicherweise einen unreifen, dedifferenzierten Status von Zellen in regenerierenden Molchorganen. Western Blot Analysen ergaben eine starke Aktivierung der MAP/Erk Signalkaskade innerhalb der ersten zwei Stunden nach der Schädigung. Die reversible Inhibition dieses Signalweges mittels i.p. Injektion des chemischen MEK1/2-Inhibitors U0126 zwei Stunden vor der mechanischen Ventrikelschädigung trat während der ersten 30 Minuten auf und resultierte u.a. in einem temporären Anstieg der Expression des Proteins Myosin-Schwere-Kette.

Newts are well known to regenerate many different organs like their limbs, tails, jaws, the iris and retina and parts of the heart. Thus they represent a useful model to study the mechanisms of regeneration. Within the scope of this work it could be shown that the newt Notophthalmus viridescens can regenerate its ventricle after mechanical damage within 12 weeks. The process of regeneration involves mitotic activities of different cell types. The frequency of mitosis peaked at 14 days post injury. By the means of microarray-hybridisations and/or immunoflourescences a massive transient downregulation of sarcomeric proteins like myosin heavy chain, a-actinin and myomesin in regenerating tissue concomitant with an upregulation of smooth muscle genes and proteins including a-smooth muscle actin could be observed. These changes of the cytoskeletal composition might be an indicator for dedifferentiation of cardiomyocytes. Furthermore expression of Thymosin ß4 an G-actin binding protein that might be involved in cellular mobility could be detected. Regenerating hearts did also express the 22/18 and cytokeratin 18 antigens, which are markers for the regenerating limb blastema and might reflect an immature dedifferentiated status of cells in regenerating newt organs. Western blot analyses revealed a strong activation of the MAP/Erk signaling cascade within the first two hours after damage. Reversible inhibition of this pathway by i.p. injection of the chemical MEK1/2 inhibitor U0126 two hours prior to the mechanical damage occurred within the first 30 min and resulted among others in a temporary increase of myosin heavy chain expression.

Keywords:
Molche, Regeneration, Herz, Ventrikel, Sarkomerproteine, Glattmuskel, Dedifferenzierung, MAP/Erk Signalkaskade

newts, regeneration, heart, ventricle, sarcomeric proteins, smooth muscle, dedifferentiation, MAP/Erk signaling

Online-Dokument im PDF-Format (19.752 KB) mit integrierter Gliederung.

Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis (2, 1-6)
1. Einleitung (7-36)
2. Material und Methoden (37-64)
3. Ergebnisse (65-118)
4. Diskussion (119-140)
5. Ausblick (141-142)
6. Zusammenfassung (143-144)
7. Literaturverzeichnis (145-157)
8. Anhang (158-160)
Tagungsbeiträge und Publikationen