Hvorfor zebrafisk kan regenerere beskadiget hjertevæv, mens andre fiskearter ikke kan

Koldchok i hjertet

For at udføre deres eksperimenter brugte Gagnon-laboratoriet en enhed kaldet en kryoprobe til at skade fiskehjerterne på måder, der efterligner hjerteanfald hos mennesker, og udtog derefter hjerterne efter bestemte tidsrammer for at lære, hvordan de to arter reagerede forskelligt.

Carey lavede kryoproben af ​​et stykke kobbertråd, som blev afkølet i flydende nitrogen til omkring minus 170 grader Celsius. Teammedlemmer skar små snit i fiskens maver for at blotte deres hjerter, og anbragte derefter sonden i 23 sekunder på kanten af ​​hjertet.

I 95 % af tilfældene overlevede fisken proceduren, dog ikke længe. Efter tre dage eller 14 dage blev deres hjerter ekstraheret og opløst i en enkeltcellet opløsning, som derefter blev udsat for RNA-sekventering i jagten på markører, der indikerer, hvordan fiskene reagerede på skaden.

"Zebrafisk har dette immunrespons, der er typisk for det, du kan se under en virusinfektion, kaldet et interferonrespons," sagde Carey. "Det svar er fuldstændig fraværende i medaka."

Undersøgelsen dokumenterede forskelle i immuncellers rekruttering og adfærd, epikardie- og endotelcellesignalering og ændringer i hjertets struktur og sammensætning. For eksempel mangler medaka en bestemt type muskelceller, der er til stede i zebrafisk.

Hvordan zebrafisk heler beskadiget hjertevæv

"Min fornemmelse er, at forfaderen til alle dyr kunne regenerere sit hjerte efter en skade, og så er det gentagne gange gået tabt i forskellige typer dyr," sagde Gagnon. "Jeg vil gerne forstå hvorfor. Hvorfor ville du miste denne fantastiske funktion, der giver dig mulighed for at regenerere dit hjerte efter en skade?"

Undersøgelsen viser, at zebrafiskens evne til at regenerere har noget at gøre med dens immunsystem, men at forstå præcis hvordan ville kræve mere forskning. For eksempel vandrede langt flere makrofager, specialiserede immunceller, ind i sårstedet hos zebrafisk end i medaka.

I modsætning til medaka danner zebrafisken et forbigående ar, der ikke forkalkes til stift væv.

"Det, du gør med det ar, er det, der betyder noget," sagde Gagnon. "Vi tror, ​​at interferon-responset får disse specialiserede makrofagceller til at komme ind i det sårsted og begynde at fremme væksten af ​​nye blodkar."

Med tiden erstatter nye muskler det beskadigede hjertevæv, og hjertet heler.

"Jo mere vi lærer om, hvordan dyr kan regenerere væv, hvordan disse funktioner er gået tabt i os og andre dyr, vil det hjælpe os til at tænke over vores begrænsninger, og hvordan vi kan udvikle strategier til at hjælpe os med at overvinde dem," sagde Gagnon.

"Vores håb er, at vi bygger denne vidensbase i dyr, der er virkelig tilgængelige og kan studeres i utrolige detaljer, og derefter bruge den viden til at generere mere fokuserede eksperimenter i pattedyr, og så måske en dag i menneskelige patienter."

Flere oplysninger: Clayton M. Carey et al., Distinkte træk ved det regenererende hjerte afdækket gennem sammenlignende enkeltcelleprofilering, Biology Open (2024). DOI:10.1242/bio.060156

Leveret af University of Utah