Die Entschlüsselung der Signal- und Transkriptionsnetzwerke in Gebärmutterorganoiden

Viele Erkrankungen der Gebärmutter einschließlich Unfruchtbarkeit, Endometriose und Gebärmutterkrebs haben ihren Ursprung in der dysfunktionalen Gebärmutterschleimhaut - der inneren Zellschicht, die den Uterus auskleidet. Die Gebärmutterschleimhaut ist ein hochdynamisches Gewebe, dass einen Hormon-induzierten monatlichen Zyklus von Wachstum, Differenzierungund Degeneration folgt.Diesebemerkenswerten Regenerationsfähigkeiten werden der Existenz von Stammzellen zugeschrieben, die durch die Synergie des WNT Signals mit den Sexualhormonen Östrogen und Progesteron angetrieben werden. Aufgrund des Mangels an zuverlässigen experimentellen in vitro Zellkultursystemen sind die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen jedoch unklar. Wir und andere haben uterine Organoide, die unter definierten chemischen Bedingungen langfristig in Kultur gehalten werden können, als ein neuartiges in vitro Modell der menschlichen Gebärmutterschleimhaut etabliert. Uterine Organoide sind 3D-Strukturen, die aus menschlichenGebärmutterschleimhautgewebe gewonnenwerden unddurch Änderungen der Kulturbedingungen bzw genetisch manipuliert werden können. Bedeutsam ist, dass sie die Struktur, die Genexpressionsmuster, die hormonelle Reaktionsfähigkeit, und die sekretorischen Fähigkeiten der in vivo Gebärmutterschleimhaut zeigen. Mit der Hilfe dieses in vitro Modells, wollen wir bestimmen, wie die WNT / Estrogen / Progesteron- Signalwege die Expression spezifischer Gene kontrollieren und damit den monatlichen Zyklus auf molekularer Ebene koordinieren. Insbesondere wollen wir einen umfassenden molekularenAnsatz benutzen, derdiechemisch definiertenSignale, die Genexpressionsanalyse und die Funktionstests integriert um 1) die Anforderungen des WNT-Signals bei der Selbsterneuerung und Differenzierung der Gebärmutterschleimhaut mit dembesonderen AugenmerkaufdieIdentifizierungundValidierungvon Transkriptionsfaktoren zu bestimmen; 2) das Zusammenspiel zwischen WNT-, Estrogen- und Progesteron-Signalen im Zusammenhang mit der Transkriptionsregulation ihrer Zielgene zu erläutern. Die erwarteten Ergebnisse werden die feine Balance zwischen Selbsterneuerung und Differenzierung der Gebärmutterschleimhaut beleuchten und werden neue Einblicke in die Mechanismen geben, die Erkrankungen der Gebärmutterschleimhaut, einschließlich Endometriose und Gebärmutterkrebs, zu Grunde liegen.

Trotz der Fortschritte in der Reproduktionsmedizin, stellen schwangerschaftsbedingte Störungen, die mit einer beeinträchtigten Entwicklung und Funktion der Plazenta und der Gebärmutter einhergehen, immer noch ein großes Risiko für die Mutter und den Embryo dar. Molekulare Studien der zugrunde liegenden Ursachen werden durch das Fehlen zuverlässiger In-vitro-Modelle behindert. Diese Finanzierung ermöglichte es uns, Trophoblast- und Endometrium-Organoide als neuartige In-vitro-Modelle der menschlichen Plazenta bzw. des der inneren Gebärmutterschicht zu etablieren. Das Endometrium ist die hochdynamische innere Gebärmutterschicht, die einen hormoninduzierten monatlichen Zyklus von Wachstum, Differenzierung und Degeneration durchläuft. Wir leiteten endometriale Organoide ab und zeigten, dass sie die Struktur, die Expressionsmuster, die sekretorischen Eigenschaften und die Östrogen-Reaktionsfähigkeit ihres Ursprungsgewebes bewahren. Als nächstes verwendeten wir sie, um zu demonstrieren, wie die Östrogen und Notch Signaltransduktionswege sekretorische vs. bewimperte Zellidentitäten steuern, und somit die zelluläre Zusammensetzung des Endometriums während des Menstruationszyklus bestimmen. Die Plazenta ist ein lebenswichtiges Organ, um die Entwicklung von Säugetieren im Uterus aufrechtzuerhalten. Als Nebenprodukt der Endometrium-Organoid-Ableitung haben wir zusammen mit dem Labor von Prof. Knöfler 3D-Human-Trophoblasten-Organoid-Kulturen aus gereinigten Zytotrophoblasten des ersten Trimesters etabliert. Eine detaillierte molekulare Analyse ergab, dass die proliferative Außenschicht zwar den Zytotrophoblasten darstellt, der innere Kern jedoch aus mehrkernigen Synzytiotrophoblasten besteht, die aus der Zellfusion hervorgehen. Somit bewahren die Trophoblast-Organoide die Architektur menschlicher Plazentazotten in der Inside-Out-Orientierung. Darüber hinaus können Trophoblast-Organoide induziert werden, um den stark wandernden und invasiven extravillösen Trophoblast zu bilden, der während der Entwicklung in die mütterliche Decidua eindringt und Spiralarterien umgestaltet. So haben wir Trophoblasten-Organoide etabliert, die die drei Hauptlinien der Trophoblasten in vitro rekapitulieren, und das erste 3D-Modell der menschlichen Plazenta hergestellt. Die Ableitung von Trophoblast-Organoiden ist ein großer Durchbruch, da sie ein neuartiges und zuverlässiges Werkzeug zur Untersuchung molekularer Mechanismen bietet, die die Entwicklung und Erkrankung der Plazenta vorantreiben. Dieses innovative In-vitro-Modell wurde seitdem umfangreich eingesetzt und ermöglicht wichtige Erkenntnisse und Fortschritte auf dem Gebiet der Plazenta, wie aktuelle Veröffentlichungen belegen. In ähnlicher Weise sind die endometrialen Organoide ein hervorragendes System, um das menschliche Endometrium zu untersuchen, und unser Verständnis des hormonell regulierten Endometriumzyklus bei Gesundheit und Krankheit zu erweitern, mit besonderem Schwerpunkt auf Endometriose und Endometriumkrebs.