Seneszenzmarker in der Plazenta (JSAM 2021, Promotionsprojekt Theresa Forndran)

Seneszenzmarker in der Plazenta – Prämature Alterung als Folge von oder Ursache für Schwangerschaftspathologien

Die Plazenta entsteht, wächst, differenziert sich und altert im Zeitraum der 9 bis 10 Monaten einer Schwangerschaft. Physiologisch nimmt die Funktionalität der Plazenta ab 40 Schwangerschaftswochen deutlich ab und sie beginnt ganz zu versagen, was klinisch in einer gesteigerten intrauterinen Sterberate humaner Feten ab 38 Schwangerschaftswochen sichtbar ist.

Die akzelerierte und vorzeitige Alterung der Plazenta stellt einen pathologischen Zustand dar (Fabiana 2020) und ist Kennzeichen verschiedener Plazenta-assoziierter Schwangerschaftskomplikationen, wie der fetalen Wachstumsrestriktion (FGR, fetal growth restriction) (Paules 2019) und der Präeklampsie (PE) (Farladansky-Gershnabel 2019) - den beiden Hauptursachen für maternale und neonatale Morbidität und Mortalität. Das Verständnis für die physiologisch ablaufenden plazentaren Alterungsprozesse und für deren Störungen ist daher von enormer klinischer Bedeutung insbesondere um klinische Ansätze zur Behandlung zu entwickeln.

Der zelluläre Phänotyp des Alterns ist Seneszenz, bei der es zum irreversiblen Zellzyklusarrest kommt (Yosef 2016). Dabei werden in der Zelle die Zyclin-Kinase-Inhibitoren p21, p16 und p53 vermehrt exprimiert (Kruiswijk 2015, Childs 2014). Seneszente Zellen bilden proinflammatorische Zytokine, die als „Seneszenz-assoziierte sekretorische Proteine“ (SASP) bezeichnet werden und die Alterungsprozesse in benachbarten Zellen beschleunigen (Herranz 2015, Laberge 2015). Die Zusammensetzung der SASP variiert dabei je nach Zelle, als Marker gelten IL-6 (Interleukin-6) und TNF-α (Tumornekrosefaktor-alpha). Auf zellulärer Ebene ist die Alterung der Plazenta durch die Exprimierung dieser Seneszenzmarker zu sehen (Higuchi 2019).

Es besteht ein kausaler Zusammenhang zwischen oxidativem Stress, der zur Produktion von ROS (reactive oxygen species) führt, und Zellseneszenz (Passos 2010, Cindrova Daviesa 2018), was darauf hindeutet, dass oxidativer Stress zur vorzeitigen Alterung beiträgt. ROS induzieren die Oxidation von mehrfach ungesättigten Fettsäuren, was zu einer erhöhten Aldehydsynthese wie der von 4-Hydroxy-2-nonenal (HNE) führt. Der ROS-Produktion wird durch Antioxidantien wie der Superoxid-Dismutase (SOD) entgegengewirkt (Stadtman und Levine 2003, Panieri 2013, Forman 2008). Microarray- und Proteomanalysen von humanen Plazenten unterschiedlichen Gestationsalters haben gezeigt, dass die Expression von p21, p53 und SASP sowie die HNE- und SOD-Aktivität in Plazenten von Patientinnen mit PE und FGR frühzeitig erhöht ist (Guerby 2021).

Die Zellfusion, ein essenzieller physiologischer Prozess zur Etablierung und Ausdehnung des Synzytiotrophoblasten (äußere Zellschicht der Plazentaschranke), wurde kürzlich als Auslöser der Zellseneszenz erkannt (Cox und Redman 2017, Redman 2020). Der Synzytiotrophoblast zeigt, die für seneszente Zellen charakteristische hohe Expression der Zyklin-Kinase-Inhibitoren p16, p21 und p53 sowie die Sezernierung von SASP, die gegen Ende der Schwangerschaft die Wehen auslösen (Menon 2016a, Menon 2016b, Phillippe 2015). In Fällen, in denen die Fusion eingeschränkt ist, ist der Synzytiotrophoblast hypofunktional. Infolgedessen kann die Mutter die Mutter eine Präeklampsie und der Fetus eine Wachstumsretardierung entwickeln. Bei vorzeitiger Seneszenz im Bereich der plazentaren Membranen kann es zu einer frühzeitigen Wehentätigkeit und Frühgeburt kommen (Cox und Redman 2017).

Ziel des Projektes ist die immunhistochemische Analyse der Expression verschiedener bekannter Seneszensmarkern, wie p21, p16 und p53, Markern für oxidativen Stress und SASP, in Plazenten von Patientinnen mit PE und/oder FGR.

Zur funktionellen Charakterisierung der betroffenen plazentaren Zellpopulationen und deren Interaktionen soll nach Multiplex-Immunfluoreszenzmarkierung (Multiplex-IF) mittels spatial phenotyping eine Zuordnung von Zelltyp und Status der Zellalterung erfolgen und damit Rückschlüsse auf ihre Rolle in der plazentaren Seneszenz in den verschiedenen Schwangerschaftspathologien gezogen werden.

Nach Etablierung der multifluoreszenz-basierten Immundetektion anhand von Kontrollplazenten gesunder Schwangerer mit Termingeburten erfolgt die vergleichende Auswertung mit retrospektiv gesammelten Plazentablöcken von klinisch-diagnostizierten PE und FGR-Schwangerschaften. Abschließend soll der Einfluss von PETN (Pentaerythritoltetranitrat), ein Arzneimittel, welches in den letzten Jahren im Rahmen der PETN-Studie zur Behandlung schwangerer Patientinnen mit Risikokonstellation für die Entwicklung einer FGR und/oder PE untersucht wurde (Groten 2019), auf die Expressionsmuster der plazentaren Seneszenzmarker analysiert werden.