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Das Herz-Kreislauf-System ist das erste Organsystem, das sich in unserem Körper bildet. Die Bildung eines Netzwerks von Blutgefäßen ist nicht nur für die Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen zu den Organen unseres Körpers unerlässlich, sondern spielt auch bei verschiedenen Krankheiten wie Krebs und Schlaganfall eine wichtige Rolle. Trotz der Bedeutung des Herz-Kreislauf-Systems sind die Signale, die seine Bildung regulieren, noch nicht vollständig verstanden.

Unsere Arbeitsgruppe hat sich zum Ziel gesetzt, die Signalwege aufzuklären, die die Migration von Endothelzellen beeinflussen und zur Bildung eines dreidimensionalen Netzwerks von Blutgefäßen führen (Time-lapse Aufnahme mit einem konfokalen Mikroskop von sich bildenden Blutgefäßes eines transgenen Zebrafisch Embryos. Endothelzellen sind mit einem GFP (grün) genetisch markiert). Da die zu Grunde liegenden zellbiologischen und entwicklungsbiologischen Prozesse über alle Wirbeltiere hinweg konserviert sind, verwenden wir als Modellorganismus den Zebrafisch (Danio rerio) (Video des Herz-Kreislauf-Systems von Danio rerio, Rote Blutzellen sind mit einem DsRed (rot) und Blutgefäße mit einem GFP (grün) genetisch markiert).

Aufgrund der schnellen Frühenentwicklung werden bereits 24 Stunden nach der Befruchtung (hpf) alle großen Blutgefäße gebildet und die Herzkontraktilität wird eingeleitet. (Time-lapse Aufnahme mit einem Spinning Disc Mikroskop von einem schlagenden Herz eines transgenen Zebrafisch Embryos. Rote Blutzellen sind mit einem DsRed (rot) und Blutgefäße mit einem GFP (grün) markiert).

Während ein defektes kardiovaskuläres System bei Säugetieren tödlich ist, können Zebrafischlarven bis zu 5 Tage ohne Blutfluss überleben, was sie zu einem einzigartigen Modell zur Untersuchung der kardiovaskulären Entwicklung macht.

Bereits 48 Stunden nach der Befruchtung entwickeln die Embryonen den klassischen Wirbeltier-Bauplan und durch pharmakologische Hemmung der Pigmentierung bleiben die Embryonen transparent, was die Beobachtung der Organentwicklung auch tief im Gewebe ermöglicht.

Mit Hilfe des CRISPR / Cas9-Systems lässt sich das Genom des Zebrafisches genetisch leicht manipulieren. Die optische Transparenz der Embryonen in Kombination mit Reporterlinien ermöglicht es uns außerdem, einzelne Zellen während der Organbildung in vivo im ganzen Organismus zu untersuchen (Time-lapse Aufnahme mit einem Spinning Disc Mikroskop von einem genetischen Calcium Reporter eines transgenen Zebrafisch Embryos). Diese Eigenschaften machen den Zebrafisch zu einem idealen Modell für genetische und pharmakologische Screenings.