Generierung trophoblastärer Vorläuferzellen

Die Entwicklung der humanen Plazenta und ihrer spezifischen Epithelzellen, die Trophoblasten, ist für eine erfolgreiche Schwangerschaft unerlässlich. Während der Plazentation entstehen ausunterschiedlichen Vorläuferzellen sowohl multinukleäre Synzytiotrophoblasten als auch mononukleäre extravillöse Trophoblasten (EVTs). Letztere invadieren die Spiralarteriolen im mütterlichen Uterus und sorgen für den Umbau dieser Gefäße um Sauerstoff und Nährstofftransport zum Embryo adäquat zu regulieren. Fehler in derBildung,Differenzierung und Invasion derEVTswurdenbei Schwangerschaftserkrankungen wie der Präeklampsie und schweren Formen der intrauterinen Wachstumsretardierungfestgestellt. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind jedoch unbekannt, größtenteils weil keine Bedingungen gefunden wurden, die das kontinuierliche Wachstum von Trophoblasten in Kultur erlauben. Kürzlich konnten wir den Rezeptor Notch1 als wichtigen Regulator in der Entstehung von EVTs festlegen. Notch1 initiiert die Entwicklung von EVT Vorläuferzellen und sorgt für deren Wachstum und Überleben. Wie jedochNotch1selbst aktiviertwird und wiedas gesamte Notch1-abhängige Entwicklungsprogramm ausgeführt wird, ist unbekannt. Wir spekulieren, dass Notch1 eine zentrale Rolle in der EVT Entstehung und Differenzierung spielt und wollen daher mittels neuer Sequenziertechniken Notch1-abhängige Gene sowie Regulatoren der Notch1 Expression identifizieren. Außerdem werden wir mittels Laser-Mikrodissektion EVT Vorläuferzellen aus Plazentageweben isolieren und auf molekularer Ebene mit kultivierten Primärzellen vergleichen. Zusätzlich konnten wir kürzlich sich selbst erneuernde Trophoblast- Organoide, die 3-dimensional wachsen, etablieren. Änderungen in den Kulturbedingungen der Organoide ermöglichen die Entstehung von EVT Vorläuferzellen sowie differenzierten EVTs in der korrekten räumlichen Orientierung. Die Expression und Funktion von Notch1 Zielgenen sowie Notch1 Aktivatoren soll in Primärzellen sowie dem Organoid-Modell untersucht werden, um neue Erkenntnisse zur Entwicklung von Stamm-und Vorläuferzellen des Trophoblasten zu erhalten. Die Herstellung und Charakterisierung von Trophoblast- Organoiden aus humanen Plazenten stellen die Voraussetzung dar, Modellsysteme des Trophoblasten aus pathologischen Schwangerschaften zu etablieren und damit deren Pathogenese langfristig besser zu verstehen.

Korrekte Entwicklung der menschlichen Plazenta ist für die Gesundheit des sich entwickelnden Babys und der werdenden Mutter unerlässlich. Fehler im Wachstum und der Differenzierung ihres wichtigsten Zelltyps, dem humanen Trophoblasten, wurde als mögliche Ursache von Schwangerschaftserkrankungen erkannt. Dennoch ist unser Wissen über die Entwicklungsprozesse der humanen Plazenta und ihrer negative Ausprägungen bei Erkrankungen von Fetus und schwangerer Mutter äußerst gering. In diesem Projekt fokussierten wir auf Signalwege der Plazenta, die auch in anderen Organen Stammzellnischen, Wachstum und Differenzierung kontrollieren, nämlich HIPPO, NOTCH und TGF-. Die Idee war die Rolle dieser Signalwege in der physiologischen Entwicklung der Plazenta zu studieren, um in Zukunft auch deren Bedeutung bei Schwangerschaftserkrankungen beleuchten zu können. Allem voran sind wir hierbei interessiert die Präeklampsie, eine Bluthochdruckerkrankung der Mutter in der Schwangerschaft und die fetale Wachstumsretardierung besser zu verstehen. Letztere kann zu einem hormonellen Umprogrammieren des Feten führen, was im Erwachsenenalter Erkrankungen wie z.B. kardiovaskuläre Defekte oder das metabolische Syndrom hervorrufen kann. In diesem Projekt verwendeten wir die neuersten Modelle des humanen Trophoblasten, Stammzellen und Organoide, letztere haben wir selbst vor einigen Jahren als Erste entwickelt. Mit diesen Systemen konnten wir zeigen, dass das nukleare Protein Yes-associated protein (YAP), ein Regulator des HIPPO Signalwegs, wichtig für das Wachstum von Trophoblast-Vorläuferzellen ist indem es Gene für Proliferation anschaltet und Gene, die die Differenzierung in den Synzytiotrophoblasten fördern unterdrückt. Der Synzytiotrophoblast stellt einen der differenzierten Zelltypen der humanen Plazenta dar, und ist der Ort der Synthese von Schwangerschaftshormonen wie dem Chorion-Gonadotropin. Letzteres ist der Öffentlichkeit durch die Verwendung in Schwangerschaftstests bekannt. Ähnlich dem HIPPO Signalweg konnten wir hier auch zeigen, dass NOTCH3, einer der Rezeptoren des NOTCH Signalwegs das Wachstum der Trophoblast-Stammzellen fördert und die Differenzierung dieser Zellen in Synzytiotrophoblasten verhindert. Zusätzlich zeigen die Daten unseres Projekts, dass der TGF- Signalweg eine wichtige Rolle in der Entwicklung des extravillösen Trophoblasten spielt, dem zweiten differenzierten Zelltyp der Plazenta. Diese Zellen wandern während der Schwangerschaft von der Plazenta weg in den mütterlichen Uterus und bauen dort die uterinen Spiralarteriolen um, um den Blutfluss, die Ernährung und den Sauerstofftransport zum Feten anzupassen. Fehler in diesem Gefäßumbau sind mit Präeklampsie und fetaler Wachstumsretardierung assoziiert. TGF- fördert die Reifung des extravillösen Trophoblasten und sorgt für die Bildung bestimmter Enzyme, die unter anderem die Kommunikation mit Zellen des Uterus und die physiologische Adaptierung der Mutter während der Schwangerschaft vornehmen. In Summe konnten wir die Bedeutung von kritischen Signalwegen in der humanen Plazenta festlegen. Diese Ergebnisse erlauben nun uns und anderen deren Rolle bei der Ausprägung von Schwangerschaftserkrankungen im Detail zu studieren.