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Das Herz Zelle für Zelle besser verstehen: Atlas des menschlichen Herzens erschienen


Ganz nah herangezoomt: Mithilfe der Einzelzellsequenzierung haben Wisschenschaftler die zellulären und molekularen Details der Herzzellen durchleuchtet. Erstmals liegt nun mit dem Atlas des menschlichen Herzens ein umfangreiches Werk über Herzzelltypen, Subtypen und Blutgefäßzellen vor. | ©Design Cells - stock.adobe.com

Prof. Norbert Hübner ist Principle Investigator am DZHK und einer der Hauptautoren der Studie. | ©MDC


Rund eine halbe Million einzelne Zellen und Zellkerne des menschlichen Herzens hat ein internationales Forscherteam aus sechs Ländern analysiert. Die Wissenschaftler wollen verstehen, wie das gesunde Herz „tickt“ und was bei einer Herzerkrankung schief läuft. Dadurch sollen neue Behandlungen ermöglicht und Wege gefunden werden, geschädigtes Herzgewebe zu regenerieren. In einem ersten ausführlichen Entwurf des Atlas‘ des menschlichen Herzens, der im Fachmagazin „Nature“ veröffentlicht wurde, zeigen die Forscher die enorme Vielfalt von Zellen und Molekülen.

„Dies ist das erste Mal, dass sich irgendjemand in diesem Maßstab einzelne Zellen des menschlichen Herzens angeschaut hat. Das ist erst durch umfangreiche Einzelzellsequenzierung möglich geworden“, sagt Professor Norbert Hübner, Principle Investigator am DZHK und einer der Hauptautoren vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC), der Charité - Universitätsmedizin Berlin und dem Berlin Institute of Health (BIH). „Diese Studie zeigt, was diese Technik und internationale Kooperationen leisten können. Das gesamte Spektrum der Herzzellen und ihre Genaktivität zu kennen, ist eine grundlegende Notwendigkeit. Nur so kann man verstehen, wie das Herz funktioniert und wie es auf Stress und Krankheit reagiert.“

Bisher ist relativ wenig darüber bekannt, wie genau sich die Zellen in den verschiedenen Herzregionen bei jedem Herzschlag koordinieren und so sicherstellen, dass der Körper über das Blut permanent mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt und Abfallstoffe und Kohlendioxid entsorgt werden. Für ihre Arbeit konnten die Forscher sieben weibliche und sieben männliche Herzen hirntoter, aber herzgesunder Spender zwischen 40 und 75 Jahren nutzen, die für eine Transplantation nicht in Frage kamen. Um die Herzzellen möglichst genau zu charakterisieren, untersuchte das Team, welche Gene in den einzelnen Zellen und Zellkernen aus sechs verschiedenen Herzregionen jeweils angeschaltet sind.

Neben der ungeheuren Zellvielfalt enthüllt der Atlas zuvor unbekannte Subtypen von Herzmuskelzellen und stützenden Herzzellen, schützende Immunzellen des Herzens und ein weit verzweigtes Netzwerk von Blutgefäßzellen. Er zeigt zudem, wie die Zellen kommunizieren, um das Herz in Gang zu halten.

Ein besseres Verständnis des gesunden Herzens und der Abweichungen in einem kranken Herzen könnte das Angebot maßgeschneiderter Therapien verbessern. So fanden die Forscher beispielsweise heraus, dass sich die Zellen in den verschiedenen Herzregionen stark voneinander unterscheiden. Möglicherweise führt dies zu unterschiedlichen Reaktionen auf eine Behandlung. Auch die Blutgefäße, die das Herz durchziehen, untersuchten die Forscher so detailliert wie noch nie. Der Atlas zeigt, wie sich die Zellen in Venen und Arterien an die verschiedenen Drücke und Umgebungen angepasst haben. Das könnte zum Verständnis dessen beitragen, was bei koronarer Herzkrankheit in den Blutgefäßen schief läuft.

Hintergrund:
Der Atlas der Herzzellen ist Teil des internationalen Großprojekts „Human Cell Atlas“. 33 Wissenschaftlerinnen und Wisschenschaftler aus 19 Institutionen in Deutschland, Großbritannien, den USA, Kanada, China und Japan sind daran beteiligt. Er wird von der Chan Zuckerberg Initiative mit knapp vier Millionen US-Dollar sowie vom Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) und der British Heart Foundation mit 2,5 Millionen Euro gefördert. Er wurde vor rund drei Jahren von einer Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Hübner gemeinsam mit Dr. Sarah Teichmann vom Wellcome Sanger Institute im britischen Cambridge, Prof. Jonathan Seidmann und Prof. Christine Seidmann, beide von der Harvard Medical School in Boston, und Dr. Michela Noseda vom Imperial College London ins Leben gerufen. Die DZHK-Wissenschaftler Dr. Henrike Maatz aus der Arbeitsgruppe von Norbert Hübner und Dr. Daniel Reichart vom Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf sind zwei von vier Erstautoren der Studie.

Der Herzzellatlas, steht Forschern auf der ganzen Welt offen zur Verfügung. Alle Daten der Studie können online eingesehen werden.

Originalpublikation: Monika Litviňuková, Carlos Talavera-López, Henrike Maatz, Daniel Reichart et al. (2020): „Cells of the adult human heart“. Nature, DOI: 10.1038/s41586-020-2797-4

Wissenschaftliche Ansprechpartner: Prof. Norbert Hübner, Leiter der AG „Experimentelle Genetik von Herz-Kreislauferkrankungen“, Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC), nhuebner(at)mdc-berlin.de

Dr. Henrike Maatz, Postdoktorandin in der AG Hübner, Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC), h.maatz(at)mdc-berlin.de 

Quelle: Pressemitteilung Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft