Fixing a broken heart: Zebrafish as a model for heart regeneration drug discovery

Abstract

Myocardial infarction (MI) remains a leading cause of mortality, with currently available treatments addressing symptoms rather than promoting heart muscle regeneration. Cardiac regeneration strategies, inspired by regenerative species like zebrafish, offer promising therapeutic potential. This thesis in part investigates the advantages and limitations of using larval zebrafish as a model for heart regeneration drug discovery. A novel screening platform, ZebraReg, was developed for semi-automated, longitudinal analysis of heart regeneration. Results demonstrated that zebrafish larvae recapitulate key molecular regenerative processes observed in adults, validating them as an advantageous model for drug discovery. Combining the platform with CRISPR/Cas9-based gene knockout studies, the role of the primary cilium and mechanosensing in heart regeneration was investigated. Lastly, a novel drug target for heart regeneration was examined in zebrafish larvae in the context of heart development and regeneration. We demonstrated that the protein target localises to the primary cilium in vitro and affects ciliary length and function, suggesting a previously unknown role in the cilium. In conclusion, this thesis aimed to advance our understanding of heart regeneration and novel therapeutic targets, laying the groundwork for future regenerative medicine approaches for MI.

L'infart de miocardi (IM) continua sent una de les principals causes de mortalitat, i els tractaments disponibles actualment aborden els símptomes en lloc de promoure la regeneració del múscul cardíac. Les estratègies de regeneració cardíaca, inspirades en espècies regeneratives com el peix zebra, ofereixen un potencial terapèutic prometedor. Aquesta tesi investiga en part els avantatges i les limitacions de l'ús del peix zebra larvari com a model per al descobriment de fàrmacs per a la regeneració cardíaca. Es va desenvolupar una nova plataforma de cribratge, ZebraReg, per a l'anàlisi longitudinal semiautomatitzada de la regeneració cardíaca. Els resultats van demostrar que les larves de peix zebra recapitulen processos moleculars clau de regeneració observats en adults, cosa que les valida com un model avantatjós per al descobriment de fàrmacs. Combinant la plataforma amb estudis de knockout gènic basats en CRISPR/Cas9, es va investigar el paper del cili primari i la mecanosensibilitat en la regeneració cardíaca. Finalment, es va examinar en larves de peix zebra una nova diana farmacològica per a la regeneració cardíaca en el context del desenvolupament i la regeneració del cor. Demostrem que la proteïna diana es localitza al cili primari in vitro i afecta la longitud i funció ciliar, la qual cosa suggereix un paper fins ara desconegut en el cili. En conclusió, l'objectiu d'aquesta tesi és avançar en el coneixement de la regeneració cardíaca i de noves dianes terapèutiques, establint les bases de futures estratègies de medicina regenerativa per a la IM.