Cell State Transitions in the Early Phases of Zebrafish Heart Regeneration

Zebrafische können ihr Herz nach Verletzung regenerieren, ein streng koordinierter Prozess mit überlappenden Phasen. Frühe Leukozyteninfiltration ist entscheidend, da verzögerte Makrophagenrekrutierung zu gestörter Herzregeneration führt. Die frühesten transkriptionellen Antworten sind jedoch kaum verstanden. Ziel dieser Arbeit war es, frühe Transkriptionsveränderungen innerhalb von 6 h nach Kryoverletzung zu identifizieren und mögliche Wächterzelltypen im adulten Zebrafischherz aufzudecken. Dafür nutzte ich unvoreingenommene, datengetriebene Ansätze und moderne Einzelzellmethoden. Ich etablierte erstmals in vivo Einzelzell-SLAM-Sequenzierung in einem postmitotischen Zebrafischorgan. Diese Methode markiert neu transkribierte RNA über 4-Thiouridin und erlaubt die Unterscheidung von bestehenden und verletzungsinduzierten Transkripten, wodurch die Sensitivität steigt. Ein entwickeltes mathematisches Modell zur Berücksichtigung spezifischer Rauscheigenschaften identifizierte Makrophagen-ähnliche Zellen als Wächterzellen mit hochregulierten innaten Immunwegen wie Toll-like-, C-Typ-Lektin- und NOD-like-Rezeptor-Signalwegen. Zur Validierung analysierte ich einen erweiterten Einzelzell-RNA-Sequenzierungsatlas. Mittels cNMF identifizierte ich ein ähnliches Genexpressionsprogramm in Makrophagen-ähnlichen Zellen und Neutrophilen, verstärkt 6 h nach Verletzung. Signalweganalysen hoben den Toll-like-Rezeptor-Signalweg hervor. Hybridisierungskettenreaktion bestätigte diesen Zellzustand in situ und schloss Artefakte aus. Funktionell zeigte ein transgenes Modell mit Makrophagen-spezifischer MyD88-Inhibition, dass die Störung des Toll-like-Rezeptor-Signalwegs regenerative Prozesse verbessert und eine beschleunigte Regeneration nahelegt. Diese Ergebnisse zeigen das Potenzial datengetriebener Einzelzellansätze zur Identifikation früher Verletzungsantworten und unterstreichen, dass gezielte Modulation von Entzündung die Regeneration verbessern kann.