ゼブラフィッシュの心臓再生の効率を調節するためには、複数回の凍結損傷が必要であることを明らかにした

Multiple cryoinjuries modulate the efficiency of zebrafish heart regeneration.

• Thomas Bise
• Pauline Sallin
• Catherine Pfefferli
• Anna Jaźwińska

抄録

ゼブラフィッシュは、生涯を通じて損傷した心臓を再生させることができる。しかし、同じ動物に連続して心臓損傷を受けさせた場合に、再生が効果的に持続するかどうかは不明である。ここでは、2回、3回、6回の心室損傷を受けた後、回復期間を挟んで心室の修復を評価した。トランスジェニック細胞を用いた細胞間追跡解析を用いて、2回目の低温損傷では前の損傷から再生した部分が損傷することを示し、実験的アプローチの妥当性を検証した。その結果、複数回の凍結損傷を受けた心臓では、すべての心臓が肥厚した心筋を再生し、1回の凍結損傷後の心臓と同様の状態になることを確認した。しかし、傷跡の再吸収の効率は、繰り返しの凍結注入の回数に応じて低下することがわかった。6回の凍結注入後、すべての検査を行った心臓では、線維化組織を完全に解消することができず、心筋の修復が減少したことが示された。この表現型は、好中球の増殖が亢進し、再生初期の心筋細胞の増殖と脱分化が減少していることと関連していた。さらに、凍結損傷を繰り返すごとに、損傷部位でのコラーゲンの蓄積が増加することを発見した。この解析から、心筋再生プログラムは、創傷部に瘢痕が残っているにもかかわらず、何度でも正常に活性化できることが明らかになった。この発見は、哺乳類モデルやヒトにおいて、線維化組織の存在下での臓器再生の刺激を目的とした再生治療の新たな視点を提供するものである。

Zebrafish can regenerate their damaged hearts throughout their lifespan. It is, however, unknown, whether regeneration remains effective when challenged with successive cycles of cardiac damage in the same animals. Here, we assessed ventricular restoration after two, three and six cryoinjuries interspaced by recovery periods. Using transgenic cell-lineage tracing analysis, we demonstrated that the second cryoinjury damages the regenerated area from the preceding injury, validating the experimental approach. We identified that after multiple cryoinjuries, all hearts regrow a thickened myocardium, similarly to hearts after one cryoinjury. However, the efficiency of scar resorption decreased with the number of repeated cryoinjuries. After six cryoinjuries, all examined hearts failed to completely resolve the fibrotic tissue, demonstrating reduced myocardial restoration. This phenotype was associated with enhanced recruitment of neutrophils and decreased cardiomyocyte proliferation and dedifferentiation at the early regenerative phase. Furthermore, we found that each repeated cryoinjury increased the accumulation of collagen at the injury site. Our analysis demonstrates that the cardiac regenerative program can be successfully activated many times, despite a persisting scar in the wounded area. This finding provides a new perspective for regenerative therapies, aiming in stimulation of organ regeneration in the presence of fibrotic tissue in mammalian models and humans.