Obwohl die meisten Opfer überleben die 735,000 Herz-Attacken, die jährlich in den USA, Ihr Herz Gewebe ist oft irreparabel beschädigt werden—im Gegensatz zu vielen anderen Zellen im Körper, einmal verletzt, Herzzellen können sich regenerieren. Entsprechend einer neuen UC-San-Francisco-Studie, kann das Problem stammen unsere frühesten säugetier-Vorfahren, die möglicherweise die Fähigkeit verloren, zu regenerieren Herzgewebe im Austausch für endothermy—oder wie es umgangssprachlich, „Warmblütigkeit“—a Faustian evolutionären Schnäppchen, läutete das Zeitalter der Säugetiere, sondern nach Links, modernen Menschen anfällig für irreparable Gewebeschäden, die nach Herzinfarkt.
Die Warm-Blooded Vorteil
Frühe Säugetiere waren klein, nagetier-ähnliche Kreaturen, die sich in einer Welt, dominiert von kaltblütigen Tieren. Anstatt direkt konkurrieren, frühen Säugetieren entwickelt eine neuartige Strategie, die es Ihnen ermöglichte, neue Nischen besetzen: endothermy. Während die kaltblütigen Tiere, die nicht zur Regulierung Ihrer eigenen Körpertemperatur, wurden als Geisel zu ständig wechselnden Wetter-und absteiger in gemäßigten Klimazonen, warmblütigen Säugetiere waren in der Lage, zu verbreiten, zu kälteren Klimazonen zu gedeihen, nächtlich. Aber, wie die neue Studie zeigt nun, dies kam in einem steilen Kosten.
„Viele der niederen Wirbeltieren regenerieren kann, Körperteile und Organe, einschließlich des Herzens, aber die meisten Säugetiere können das nicht. Dieses feature war verloren irgendwo in der ectotherm-endotherm übergang“, sagte Guo Huang, Ph. D., investigator an UCSF Cardiovascular Research Institute, assistant professor der Physiologie und leitende Autor der neuen Studie, veröffentlicht am 7. März in der Zeitschrift Science.
Auf den ersten Blick, es gibt keine offensichtliche Verbindung zwischen einem säugetier die Fähigkeit zur Regulierung Ihrer Körpertemperatur und Ihre Unfähigkeit zur Reparatur von Herzschäden. Aber die neue Studie zeigt, dass diese scheinbar unterschiedlichen biologischen Eigenschaften sind untrennbar miteinander verbunden—durch die Hormone der Schilddrüse.
Schilddrüsen-Hormone Stoppen Herz Cell Regeneration
Die Schilddrüse produziert ein paar gut untersuchten Hormone, die bekannt sind, um die Körpertemperatur zu regulieren, den Stoffwechsel und die normale Funktion des Herzens. Wegen Ihrer kritischen Rolle bei der Förderung der Wärmeerzeugung zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur, diese Hormone wurden aufgestellt, um die treibende Kraft hinter dem evolutionären übergang von der kalt – zur Warmblütigkeit.
Aber Huang ‚ s Studie hat gezeigt, dass diese Hormone sind auch verantwortlich für das abschalten der Herz-Zellteilung, also der Vorbeugung von Herz-Gewebe zu reparieren sich selbst nach einer Verletzung. Diese Entdeckung ist der erste demonstriert die Verbindung zwischen Schilddrüse, Hormone, kardiale Entwicklung und Reparatur, und die Entwicklung der endothermy.
„Bevor unsere Studie, die Wissenschaftler wussten, dass die Schilddrüsen-Hormone waren wichtig für die Steuerung der Herzfrequenz und Herz-Kontraktilität. Aber der link mit Herz-regenerative Potenzial hatte noch nie zuvor dargestellt,“ Huang sagte.
Huangs team hat eine multi-Spezies-Ansatz, Vergleich der Herz-Zelle „ploidie“—die Anzahl der Kopien von jedem Chromosom-paar in einer Zelle—in 41 verschiedenen Wirbeltierarten. Ploidie ist eng verbunden mit einer Zelle die Fähigkeit sich zu teilen und zu replizieren. Nahezu alle aktiv teilenden tierischen Zellen sind diploid, mit nur ein paar von jedem Chromosom eine Kopie geerbt von Müttern und von Vätern. Dagegen polyploide Zellen enthalten mehrere Kopien von jedem paar und in der Regel nicht teilen kann.
Dieser vergleichende Ansatz ergab sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen der ploidie und der Körpertemperatur. Kaltblütigen Tieren—Fische, Amphibien und Reptilien—hatte Herz-Zellen, wurden weitgehend diploide und reagiert auf die kardiale Schädigung durch ramp-up der Zellteilung. Warmblütigen Säugetiere hatten Herz-Zellen wurden mit überwältigender Mehrheit polyploid, und Labor-Experimente bestätigten, dass diese Zellen sich selten teilen, die in Reaktion auf kardialen Schädigung.
„Dies führte uns zu der Hypothese, dass die gleichen Hormone der Schilddrüse verantwortlich für die Regulierung der Körpertemperatur, könnte auch verantwortlich sein für die diploid-polyploid-übergang und die Verhaftung von Herz-Zellteilung,“ Huang sagte.
Die Forscher bestätigten Ihre Vermutung in einer Reihe von Labor-Experimenten mit Mäusen, einem warmblütigen säugetier in die Zellen des Herzens in der Regel nicht regenerieren, und Zebrafisch, einem kaltblütigen Tier bekannt für seine Fähigkeit, um vollständig zu reparieren sein Herz, auch wenn große Teile—bis zu 20 Prozent—chirurgisch amputiert.
Säugetieren Gewinnen, Den Fisch Zu Verlieren, Herz-Heilung Nach Der Schilddrüsen-Hormonspiegel Verändert
In der Gebärmutter, Mäuse haben einen diploiden Zellen des Herzens, die regelmäßig replizieren zu produzieren, die neue Herz-Gewebe. Aber die Herzzellen von Neugeborenen Mäusen eine rapide polyploidization und die Fähigkeit verlieren, sich zu teilen—Ereignisse, die zeitgleich mit einer mehr als 50-fachen Anstieg der zirkulierenden Schilddrüsenhormone.
Experimente zeigten, dass diese Veranstaltungen waren mehr als bloßer Zufall. Wenn die Forscher injizierten Neugeborene Mäuse mit einem Medikament, das blockiert die Schilddrüse-Hormon-Rezeptoren und kontrolliert deren Herzen zwei Wochen später, fanden Sie vier mal so viele Teilung diploider Herz-Muskel-Zellen als Mäuse, die erhielt kein Medikament. Ähnliche Ergebnisse wurden beobachtet, wenn Sie verabreicht eine andere Droge, die behindert die Produktion von Schilddrüsen-Hormonen.
Die Forscher auch produziert gentechnisch veränderte Mäuse, deren Zellen des Herzens fehlte ein funktioneller rezeptor für das Schilddrüsen-Hormon, das erlaubt, Ihre Herzen zu entwickeln, die frei von dem Einfluss der Hormone der Schilddrüse. Im Gegensatz zu normalen Mäuse, die diese mutierten Mäuse wurden gefunden, um eine signifikante Anzahl von sich aktiv teilenden, diploiden Zellen des Herzens. Darüber hinaus, wenn die Wissenschaftler eingeschränkten Blutfluss zum Herzen—eine Bedingung, die normalerweise verursacht bleibende Schäden an Herz-Gewebe—Sie beobachteten eine 10-fache Erhöhung der Anzahl der sich teilenden Zellen des Herzens und 62 Prozent weniger Narbengewebe verglichen mit normalen Mäusen. Mittlerweile, echocardiograms zeigte eine 11-prozentige Verbesserung der Herzfunktion gegenüber der normalen Mäuse nach Verletzungen.
Im krassen Gegensatz zu Mäusen und anderen Säugetieren, Erwachsenen Zebrafisch haben eine relativ niedrige Niveau der zirkulierenden Schilddrüsenhormone. Dies führte Huang, zu Fragen, ob die Erhöhung der Niveaus von Schilddrüsenhormonen könnte die Abschaltung der selbst-Reparatur von Maschinen, macht Zebrafisch-Herz ungemein widerstandsfähig.
Die Forscher Hinzugefügt, Schilddrüsen-Hormon, das Wasser im Zebrafisch-tanks, die dann chirurgisch amputiert, ein Teil des Herzens, und vorausgesetzt, die Fische mit reichlich recovery-Zeit. Normalerweise, Zebrafisch in der Lage wäre, um vollständig zu reparieren diese Art von Schäden die im Laufe von ein paar Wochen. Aber Fische, die aufgezogen wurden, in ein high-Hormon-Umgebung erlebte eine 45-prozentige Reduktion im Herzen der Zellteilung, eine deutliche Steigerung in polyploide Zellen des Herzens und ausgeprägte Narbenbildung des Herzens Gewebe nach Verletzungen. Genauso wie bei Säugetieren, die Hormone der Schilddrüse führte zu einer Beeinträchtigung der kardialen regeneration in Fisch.