Wetenschap
Waarom zebravissen beschadigd hartweefsel kunnen regenereren, terwijl andere vissoorten dat niet kunnen
Een hartaanval zal een permanent litteken achterlaten op een menselijk hart, maar andere dieren, waaronder sommige vissen en amfibieën, kunnen op volwassen leeftijd het littekenweefsel van het hart verwijderen en beschadigde spieren terug laten groeien.
Wetenschappers hebben geprobeerd uit te vinden hoe speciale krachten werken in de hoop de medische behandelingen voor menselijke hartpatiënten te bevorderen, maar de grote fysiologische verschillen tussen vissen en zoogdieren maken dergelijk onderzoek moeilijk.
Daarom hebben biologen van de Universiteit van Utah, onder leiding van assistent-professor Jamie Gagnon, het probleem aangepakt door twee vissoorten met elkaar te vergelijken:de zebravis, die zijn hart kan regenereren, en de medaka, die dat niet kan.
Een verhaal over twee vissen
Het team heeft een aantal mogelijke verklaringen geïdentificeerd, die vooral verband houden met het immuunsysteem, voor de manier waarop zebravissen hartweefsel fixeren, blijkt uit onderzoek gepubliceerd in Biology Open .
"We dachten dat door het vergelijken van deze twee vissen, die een vergelijkbare hartmorfologie hebben en in vergelijkbare habitats leven, we een betere kans zouden kunnen hebben om daadwerkelijk te ontdekken wat de belangrijkste verschillen zijn", zegt Clayton Carey, een postdoctoraal onderzoeker in het Gagnon-laboratorium en hoofdauteur van het onderzoek. de nieuwe studie.
Het team van Gagnon kon het mysterie nog niet oplossen, maar hun onderzoek werpt nieuw licht op de moleculaire en cellulaire mechanismen die een rol spelen bij de hartregeneratie van de zebravis.
"Het vertelde ons dat deze twee harten, die erg op elkaar lijken, eigenlijk heel verschillend zijn", zei Gagnon.
Beide leden van de teleostfamilie van roggenvinvissen, de zebravis (Danio rerio) en de medaka (Oryzias latipes) stammen af van een gemeenschappelijke voorouder die miljoenen jaren geleden leefde. Beide zijn ongeveer 4,5 cm lang, leven in zoet water en zijn uitgerust met harten met twee kamers. Medaka komt oorspronkelijk uit Japan en de zebravis komt oorspronkelijk uit het stroomgebied van de Ganges.
Volgens de studie biedt het bestaan van niet-regenererende vissen de mogelijkheid om de verschillende reacties op verwondingen met elkaar te vergelijken en zo de cellulaire kenmerken te identificeren die uniek zijn voor regenererende soorten. Gagnon vermoedt dat hartregeneratie een voorouderlijke eigenschap is die alle teleosten gemeen hebben.
Het begrijpen van het evolutionaire pad dat leidde tot het verlies van dit vermogen bij sommige beensoorten zou parallelle inzichten kunnen bieden in de reden waarom zoogdieren zich als volwassenen niet kunnen regenereren.
Met hun kenmerkende horizontale strepen zijn zebravissen al lange tijd populair als huisdier in de Verenigde Staten. In de jaren zeventig werden de zebravissen door biologen omarmd als modelorganisme voor het bestuderen van de embryonale ontwikkeling van gewervelde dieren.
Wetenschappers houden van zebravissen omdat ze in laboratoria snel met duizenden kunnen worden vermeerderd, gemakkelijk te bestuderen zijn en extreem winterhard zijn gebleken.
Koude schok voor het hart
Om hun experimenten uit te voeren, gebruikte het Gagnon-lab een apparaat, een cryoprobe genaamd, om de harten van vissen te verwonden op een manier die hartaanvallen bij mensen nabootst. Vervolgens werden de harten eruit gehaald na een bepaald tijdsbestek om te leren hoe de twee soorten verschillend reageerden.
Carey maakte de cryoprobe van een stuk koperdraad, dat in vloeibare stikstof werd gekoeld tot ongeveer min 170 graden Celsius. Teamleden maakten kleine incisies in de buik van de vis om hun hart bloot te leggen en brachten vervolgens de sonde gedurende 23 seconden aan op de rand van het hart.
In 95% van de gevallen overleefde de vis de procedure, zij het niet voor lang. Na drie of veertien dagen werden hun harten eruit gehaald en opgelost in een eencellige oplossing, die vervolgens werd onderworpen aan RNA-sequencing op zoek naar markers die aangeven hoe de vissen op de verwonding reageerden.
"Zebravissen hebben een immuunreactie die typerend is voor wat je zou kunnen zien tijdens een virale infectie, een zogenaamde interferonreactie," zei Carey. "Die reactie ontbreekt volledig in Medaka."
De studie documenteerde verschillen in de rekrutering en het gedrag van immuuncellen, signalering van epicardiale en endotheelcellen, en veranderingen in de structuur en samenstelling van het hart. Medaka mist bijvoorbeeld een bepaald type spiercellen die wel aanwezig zijn in de zebravis.
Hoe zebravissen beschadigd hartweefsel genezen
"Mijn vermoeden is dat de voorouder van alle dieren zijn hart zou kunnen regenereren na een blessure, en dat is dan herhaaldelijk verloren gegaan bij verschillende soorten dieren," zei Gagnon. "Ik zou graag willen begrijpen waarom. Waarom zou je deze geweldige functie verliezen waarmee je je hart kunt regenereren na een blessure?"
De studie geeft aan dat het vermogen van de zebravis om te regenereren iets te maken heeft met zijn immuunsysteem, maar om precies te begrijpen hoe dit gebeurt, zou meer onderzoek nodig zijn. Bij de zebravis migreerden bijvoorbeeld veel meer macrofagen, gespecialiseerde immuuncellen, naar de wondplaats dan bij de medaka.
In tegenstelling tot Medaka vormt de zebravis een voorbijgaand litteken dat niet verkalkt tot stijf weefsel.
'Wat je met dat litteken doet, is waar het om gaat', zei Gagnon. "Wij denken dat de interferonreactie ervoor zorgt dat deze gespecialiseerde macrofaagcellen in de wond terechtkomen en de groei van nieuwe bloedvaten beginnen te bevorderen."
Na verloop van tijd vervangt nieuwe spier het beschadigde hartweefsel en geneest het hart.
"Hoe meer we leren over hoe dieren weefsels kunnen regenereren, hoe deze kenmerken bij ons en andere dieren verloren zijn gegaan, dat zal ons helpen nadenken over onze beperkingen en hoe we strategieën kunnen ontwikkelen om ons te helpen deze te overwinnen," zei Gagnon. /P>
"Onze hoop is dat we deze kennisbasis opbouwen bij dieren die echt toegankelijk zijn en tot in ongelooflijk detail bestudeerd kunnen worden, en die kennis vervolgens gebruiken om meer gerichte experimenten met zoogdieren te genereren, en misschien ooit met menselijke patiënten."