Die Rolle von Gremlin-1 für die kardiale Entwicklung im Zebrafischembryo

Abstract

Die kardiale Entwicklung im Embryo wird neben anderen Faktoren maßgeblich von den Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) reguliert. Auch für verschiedene ihrer Antagonisten, wie Noggin oder Gremlin-2 konnte eine zentrale Rolle während der embryonalen Entwicklung des Herzens festgestellt werden. Die Funktion von Gremlin-1, einem weiteren BMP-Antagonisten, in der kardialen Entwicklung ist bisher im Wesentlichen unbekannt. In der vorliegenden Arbeit sollte deshalb im Zebrafisch-Embryo die Rolle von Gremlin-1 für die frühe und späte Differenzierung des embryonalen Herzens, seine Faltungsprozesse und Bewegungen im Embryo, seine Kontraktilität und den Herzrhythmus untersucht werden. Nach funktionellem „knock down“ von Gremlin-1 mit Hilfe von Morpholino Antisense Oligonukleotiden und nach Überexpression mit Hilfe von capped mRNA zeigte sich, dass Gremlin-1 die Kontraktilität und den Herzrhythmus maßgeblich beeinflusst. So finden die ersten kardialen Kontraktionen nach „knock down“ von Gremlin-1 wesentlich später statt als in Wildtypembryos. Außerdem ist die Herzfrequenz nach Ausschaltung von Gremlin-1 im Vergleich zu Wildtypembryos deutlich reduziert. Andere zentrale Schritte der Herzentwicklung, wie die frühe und die spätere Differenzierung der Kardiomyozyten, die kardialen Faltungsprozesse und die Ausbildung von Atrium und Ventrikel, wurden dagegen durch Gremlin-1 nicht beeinflusst. Die nach „knock down“ Gremlin-1 verspätet auftretenden kardialen Kontraktionen und die reduzierte Herzfrequenz konnten durch die gleichzeitige Injektion von Morpholino Antisense Oligonukleotiden und capped Gremlin-1 mRNA wieder aufgehoben werden. Damit war ein spezifischer Rescue der Gremlin-1-Morphants durch Gremlin-1 mRNA möglich, was auf einen spezifischen Effekt der Morpholino Antisense Oligonukleotide und der mRNA hinweist.

Weitere in vitro- und in vivo- Versuche sind notwendig, um die zugrundeliegenden Mechanismen zu identifizieren, wie Gremlin-1 den Herzrhythmus und die Herzaktion beeinflusst. Es ist denkbar, dass eine fehlerhafte Funktion von Gremlin-1 bei bradykarden oder auch tachykarden Herzrhythmusstörungen eine Rolle spielt, so daß nach genauer Klärung der molekularen Funktion von Gremlin-1 mögliche neue therapeutische Strategien zur Therapie von Herzrhythmusstörungen entwickelt werden könnten.

Cardiac development in the embryo is regulated, among other factors materially from the bone morphogenetic proteins (BMPs). Also for a number of its antagonists, such as Noggin or Gremlin-2 could play a central role during the embryonic development of the heart be established. The function of gremlin-1, another BMP antagonist, in cardiac development has been largely unknown. In the present work, therefore, should the role of gremlin-1 for the early and late differentiation of the embryonic heart, its folding processes and movements in the embryo, its contractility and heart rate are examined in the zebrafish embryo. After functional "knock down" by Gremlin-1 using morpholino antisense oligonucleotides and after overexpression using capped mRNA showed that gremlin-1 affects the contractility and heart rate significantly. To find the first cardiac contractions to "knock down" by Gremlin-1 instead of much later than in wild-type embryos. In addition, the heart rate is to eliminate Gremlin-1 significantly reduced compared to wild-type embryos. Other key steps of heart development, such as the early and the later differentiation of cardiomyocytes cardiac folding processes and the training of the atrium and ventricle were however not affected by Gremlin-1. After the "knockdown" Gremlin-1 late occurring cardiac contractions and the heart rate was reduced by the simultaneous injection of morpholino antisense oligonucleotides and capped Gremlin-1 mRNA can be lifted. For a specific rescue Gremlin Morphants-1-1 mRNA by Gremlin been possible, indicating a specific effect of the morpholino antisense oligonucleotides and the mRNA.

Further in vitro and in vivo experiments are needed to identify the underlying mechanisms, such as gremlin-1 affects the heart rhythm and heart action. It is conceivable that a defective function of gremlin-1 in patients with bradycardic or tachycardic arrhythmia plays a role, so that after a thorough clarification of the molecular function of gremlin-1 possible new therapeutic strategies for the treatment of cardiac arrhythmias could be developed.