Mikroskopische Röhren in schlagenden Herzzellen wirken wie Stoßdämpfer

Mithilfe modernster Mikroskopie haben Wissenschaftler beim Schlagen in Herzzellen geschaut und dabei röhrenartige Strukturen entdeckt, die sich verbiegen und dann wieder in ihre Form zurückschnappen, ähnlich wie Stoßdämpfer. Die Details erscheinen jetzt in Science. In jeder Herzmuskelzelle befinden sich winzige Strukturen, sogenannte Mikrotubuli. Mithilfe hochauflösender Hochgeschwindigkeitsmikroskope beobachteten Forscher der Perelman School of Medicine in Pennsylvania, wie diese dynamischen Filamente – die lange Zeit als recht steif galten – unter der Kraft jeder Zellkontraktion knickten, bevor sie wieder in ihre ursprüngliche Länge und Form zurückkehrten. Die Videos bieten neue Einblicke in die Mechanismen gesund schlagender Herzen und wie die abnormale Versteifung der Herzzellen zu Herzerkrankungen beitragen könnte.

Eine vollständige Kontraktion des Herzmuskels erfolgt in nur einer Zehntelsekunde. Dieses Video zeigt es in Echtzeit. (Bild: Labor von Ben Prosser, PhD, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania)

Mikrotubuli bieten strukturelle Unterstützung und ermöglichen die Bewegung von Zellen beim Transport ihrer intrazellulären Ladung. Wissenschaftler hatten Mühe, alle beweglichen Teile in lebenden Herzzellen zu beobachten, sodass ihre genaue Rolle und Funktion ein wenig rätselhaft blieben. Es hilft auch nicht, dass eine vollständige Kontraktion eines Herzmuskels in nur einer Zehntelsekunde erfolgt.

Oben: Mikrotubuli in einer ruhenden Herzmuskelzelle. Unten: Kontrahierte Mikrotubuli in einer schlagenden Herzmuskelzelle. (Bild: Labor von Ben Prosser, Ph.D., Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania)

Co-Autor Benjamin Prosser und seine Kollegen konnten das Innenleben von Herzzellen von Nagetieren erfassen.

Sie fanden heraus, dass es sich bei den Mikrotubuli nicht wie bisher angenommen um starre Stäbe, sondern um flexible Filamente mit der Fähigkeit, sich zu verbiegen und Druck auszuhalten, ohne zu brechen.

Die Forscher erfuhren auch, dass das Ausmaß, in dem sich ein Mikrotubulus verbiegen kann, von einer chemischen Gruppe namens Tyrosin abhängt. Als sie diese Chemikalie entfernten, knickten die Mikrotubuli stärker ein, was die Kontraktion der Herzzellen erschwerte.

Dies ist eine wichtige Erkenntnis, die zu neuen Medikamenten für bestimmte Formen von Herzerkrankungen führen könnte, darunter auch für Patienten mit verdicktem Herzmuskel.

[Wissenschaft]

Oben: Das Zeitlupenvideo zeigt die Kontraktion der Mikrotubuli (blau dargestellt). (Bild: Labor von Ben Prosser, PhD, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania)