Das schwache Herz besser verstehen

Wie kommt es eigentlich zu Herzschwäche? „Leider sind bis dato die genetischen und molekularen Ursachen von Herzerkrankungen noch nicht vollständig aufgeklärt, obgleich dieses Verständnis essentiell für die Entwicklung von gezielten Therapien ist“, erklärt Professor Dr. Steffen Just von der Universität Ulm. In seinem Juniorverbund „Symbol-HF - Systemmedizin zur Untersuchung der Biologie der Herzinsuffizienz“ suchen Bioinformatiker, Systembiologen, Kardiologen und Molekularbiologen gemeinsam nach molekularen Netzwerkstrukturen in Herzerkrankungen, um relevante Krankheitsmechanismen zu identifizieren und neue Therapien zu entwickeln.
Dafür beobachten die Wissenschaftler nicht nur den Menschen, sondern untersuchen die Mechanismen der Herzschwäche auch in der Maus und im Zebrafisch – beides anerkannte Modellsysteme in der Herz-Kreislaufforschung. Mithilfe neuer Methoden wie der Genomschere CRISPR/Cas9 und modernsten Omics-Technologien wurden verschiedene Herzerkrankungen in den drei unterschiedlichen Spezies nachgestellt und anschließend charakterisiert.

Um wirklich essentielle Mechanismen und gemeinsame molekulare Schlüsselmoleküle der Herzinsuffizienz aufzuzeigen, wurden die drei Organismen miteinander verglichen. Dafür haben die Forscher neue bioinformatische Methoden entwickelt, die eine Analyse von Spezies-übergreifenden Transkriptom-Datensätzen ermöglicht. Das heißt, es wurde untersucht, welche Gene und Genkaskaden bei allen drei Organismen in der Herzinsuffizienz gleichermaßen an- oder ausgeschaltet sind. In einem zweiten Analyseschritt wurden die gemeinsamen Knotenpunkte dieser Erkrankungen aus den großen Datensätzen identifiziert. Aktuell wird sowohl in humaner Zellkultur, als auch in Maus- und Fischmodellen getestet, ob diese neu erkannten Knotenpunkte als Biomarker für spezifische Herzerkrankungen zu nutzen sind.

Ebenso suchen die Wissenschaftler in den großen Datensätzen nach neuen Zielstrukturen für Therapien. Dafür nutzen sie aktuell ein neuartiges vollautomatisiertes Mikroskopiesystem, eine sogenannte „small compound screening“ Plattform, die in großem Maßstab viele verschiedene Wirkstoffe in den erstellten Zebrafischmodellen und in humanen Herzzellen testet. Dieser systematische Ansatz bietet enorm viel Potential für die Entwicklung von neuen Biomarkern und innovativen Therapien und ist somit ein großer und vielversprechender Schritt in der personalisierten Herz-Therapie.

Spotlight aus dem Juniorverbund Symbol-HF - Systemmedizin zur Untersuchung der Biologie der Herzinsuffizienz, aus der Broschüre "Systemmedizin - Von Big Data zur personalisierten Medizin".