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Was Herzen höher schlagen lässt

Neue Erkenntnisse zur Steuerung des Herzrhythmus

[10. März 2008]

Jülich, 12. März 2008 - Wie genau funktioniert die Regulation des Herzschlags? Welche Moleküle sind an der Steuerung beteiligt? Den Antworten auf diese Fragen sind Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich mit Kollegen des Universitätsklinikums Münster ein Stück näher gekommen. Ihre Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift "The EMBO Journal" (Vol. 27, Nr. 4, Februar 2008) nachzulesen.

Die Wissenschaftler aus Jülich, einem Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft, konzentrierten sich bei ihren Experimenten auf die Funktion eines bestimmten Eiweißmoleküls, das maßgeblich an der Ausbil­dung des Herzschlags beteiligt ist. Dabei handelt es sich um einen Ionenkanal, den so genannten HCN4-Kanal. Diese Kanäle sind im Herzen und im Gehirn daran beteiligt, dass Zellen rhythmisch aktiv sind. Sie werden deshalb auch Schrittmacher-Kanäle genannt. Die Aktivität des Kanals wird direkt durch den Botenstoff cAMP reguliert: Diesen Botenstoff produzieren die Herzzellen vermehrt, wenn das Herz schneller schlagen soll, beispielsweise in Stress­situa­tionen. Bisher war aber unklar, ob cAMP über den Schrittmacher-Kanal oder über andere Signalwege eine Beschleunigung des Herzschlags bewirkt.

Gentechnisch veränderte Mäuse halfen den Jülicher Wissenschaft­lern, diese Frage zu beantworten. Die Forscher veränderten in Mäusen das molekulare Aussehen des Schrittmacherkanals, so dass dieser das cAMP nicht mehr binden konnte. Überraschenderweise sterben die Mäuse, welche die Mutationen auf beiden Chromosomen tragen, früh in der Embryonal­ent­wicklung. Vor ihrem Tod schlägt das Herz der Tiere viel langsamer als das normaler Tiere. Die Herzfrequenz erhöht sich auch nicht, wenn vermehrt cAMP produziert wird.

In diesem Stadium der Entwicklung ist also der Schrittmacherkanal das wesentliche Zielprotein, über das cAMP den Herzschlag in Stresssituationen beschleunigt. Die Beobachtung, dass darüber hinaus aber auch der Grundrhythmus des Herzschlags nur in Anwesenheit von cAMP die Versorgung des Organismus gewährleistet, war für die Forscher völlig überraschend. Die Regulation der HCN4-Kanalaktivität durch cAMP ist damit weitreichender als ursprünglich angenommen.

Eine weitere Entdeckung machten die Wissenschaftler bei ihren Expe­ri­menten: Mäuse, die die Mutation nur auf einem Chromosom tragen, sind lebensfähig. Ihr Herzschlag ist zwar während der Em­bryo­nalent­wick­lung langsamer als der von normalen Tieren, jedoch schneller als der von Tieren mit der Mutation auf beiden Chromo­somen. Mit winzigen telemetrischen Sendern analysierten die For­scher nun den Herzrhyth­mus der Tiere im Erwachsenenalter. Über­raschenderweise unterscheiden sich die Herzfrequenzen der erwach­senen Mäuse nicht mehr von denen der "normalen" Geschwi­ster­­tiere. Auch die Regulation des Herz­rhyth­mus ist normal, selbst unter Stressbedingungen. Allerdings beob­achtet man bei diesen Tieren gelegentlich den so genannten Sinus­knoten­block. Das bedeutet, dass ein einzelner Herzschlag einfach ausfällt, das Herz aber anschließend normal weiterschlägt.

Die Wissenschaftler folgern daraus, dass in verschiedenen Entwick­lungsphasen der Maus unterschiedliche Schrittmacher wichtig sind. Der HCN4-Kanal ist maßgeblich an der Regulation des Herzrhyth­mus wäh­rend der Embryonalentwicklung beteiligt und sichert so das Überle­ben des Organismus. Im Erwachsenenalter scheint seine Bedeutung - zumindest in der Maus - in den Hintergrund zu treten. Mit ihren Ergebnissen ist den Forschern ein wichtiger Beitrag zum Verständnis der Regulation des Herzens gelungen.

Weitere Informationen

Artikel zum Download (pdf): Harzheim et al (The EMBO Journal) 2008


Pressekontakt:

Dr. Barbara Schunk
Annette Stettien
Unternehmenskommunikation
Forschungszentrum Jülich
52425 Jülich
Tel. 02461 61 - 8031/ -2388
E-Mail: b.schunk@fz-juelich.de, a.stettien@fz-juelich.de


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