Intrauterine Wachstumsrestriktion und Präeklampsie: Kein Hinweis auf Aktivierung der plazentaren Stressreaktion des endoplasmatischen Retikulums in zwei Nagetiermodellen

dc.contributorFahlbusch, Fabian
dc.contributorHartner, Andrea
dc.contributorBeckmann, Matthias
dc.contributorMarkert, Udo
dc.contributor.advisorFahlbusch, Fabian
dc.contributor.authorDenkl, Barbara
dc.date.accessioned2022-12-19
dc.date.available2022-11-30
dc.date.created2022
dc.date.issued2022-12-19
dc.description.abstractObjectives: The pregnancy complications preeclampsia (PE) and intrauterine growth restriction (IUGR) are among the leading causes of fetal and maternal morbidity and mortality. While both conditions share some pathophysiological features leading to placental dysfunction, the exact underlying pathomechanisms remain largely unclear. Therefore, only limited therapeutic options for PE and IUGR exist. In humans, PE/IUGR are associated with induction of the unfolded protein response (UPR). The UPR is a stress response of the endoplasmic reticulum (ER) consisting of several signalling cascades to adapt to altered homeostatic conditions. Especially in PE, additional oxidative stress occurs relative to the severity of maternal vascular underperfusion of the placental bed. On the premise that understanding the mechanisms of placental dysfunction could lead to targeted therapeutic options for human PE/IUGR, the present doctoral thesis investigated the roles of placental UPR and oxidative stress in two rodent models of these human gestational pathologies. Study design & Methods: The following animal models were employed: 1) A PE and IUGR mouse model (PE/IUGR) with gene knockout of endothelial nitric oxide synthase (eNOS-/-) in which wild type (WT) C57BL/6 mice served as controls; 2) An established IUGR rat model of maternal protein restriction in which pregnant dams were fed a low protein diet (8 % protein content, LP, IUGR group) or standard diet (17 % protein content, NP, control group). Placental samples of both models were obtained at E18.5 and additionally at an earlier gestational stage (E15) in the mouse model. While placental tissues of both sexes were examined in the rat model, only placentas of male fetuses were accessible for analysis in the mouse. Placental expression of UPR members (Grp78, Calnexin, Perk, Chop, Atf6, Ern1) was analyzed via real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) and western blotting (Calnexin, ATF6, GRP78, CHOP, phospho-eIF2α, phospho-IRE1). Immunohistochemistry (IHC) was performed to characterize the localization of these ER stress markers in functional compartments of healthy placenta and their potential alteration in association with PE and IUGR. The presence of oxidative stress was determined via western blot measurement of placental 3-nitrotyrosine in both animal models. In PE/IUGR eNOS-/--mice, 4-hydroxy-2-nonenal (HNE) was additionally determined. Observations & Results: The offspring of both animal models showed a significant induction of IUGR characterized by a significant reduction of fetal and placental weight. However, in contrast to human data placental activation of the UPR signaling cascades could not be detected. IHC showed no alteration in the localization of UPR signalling proteins under adverse intrauterine conditions in both models. Placental oxidative stress was significantly increased in female IUGR rats only. No such change was found in the placentas of male IUGR rats and PE/IUGR mice. Conclusions: In contrast to findings of increased placental ER stress in human PE and IUGR, the results of the rodent PE/IUGR and IUGR models did not demonstrate a significant increase in placental UPR. Therefore, it can be assumed that the placenta retains compensatory capacity, enabling the adaptation to the adverse gestational conditions in these rodent models. The exact mechanisms underlying this placental plasticity remain to be further elucidated. The induction of oxidative stress without concomitant UPR activation in the placenta of the female IUGR rats further supports this hypothesis and indicates a sexually dimorphic response to maternal malnutrition. Based on the absence of placental UPR in consideration of retained placental plasticity, the examined rodent models seem to be of limited use for studies regarding the role of placental ER stress in human gestational disorders.en
dc.description.abstractHintergrund und Ziele: Die beiden Schwangerschaftskomplikationen Präeklampsie (PE) und intrauterine Wachstumsrestriktion (IUGR) zählen zu den führenden Ursachen für fetale und maternale Morbidität und Mortalität. Bei beiden Pathologien nimmt die plazentare Dysfunktion eine zentrale Stellung in der Pathophysiologie ein, jedoch sind die Details der zugrunde liegenden Pathomechanismen noch weitgehend unbekannt. Infolgedessen existiert bislang nur ein limitiertes Spektrum an Therapieoptionen für PE und IUGR. Verschiedene humane Studien suggerieren einen Zusammenhang zwischen PE/IUGR und der Induktion der plazentaren Unfolded Protein Reponse (UPR). Bei der UPR handelt es sich um eine Stressreaktion des endoplasmatischen Retikulums (ER) auf veränderte homöostatische Bedingungen in der Zelle, die sich aus mehreren überlappenden Signalkaskaden zusammensetzt. Insbesondere bei der PE kommt es in Abhängigkeit vom Schweregrad der maternalen vaskulären Malperfusion des Plazentabettes neben der ER-Stressantwort zu zusätzlichem oxidativem Stress. Die Identifizierung zugrunde liegender Pathomechanismen der plazentaren Dysfunktion bei PE/IUGR könnte langfristig zur Etablierung von Präventions- und/oder Interventionsmöglichkeiten führen, weswegen in dieser Publikationsdissertation die Rolle der UPR und des oxidativen Stresses in den Plazenten von zwei Nagetiermodellen dieser Schwangerschaftspathologien analysiert wird. Methoden: Die folgenden Tiermodelle kamen zum Einsatz: 1) Ein PE und IUGR-Mausmodell (PE/IUGR) mit einem Genknockout der endothelialen Stickstoffmonoxid-Synthase (eNOS-/-), wobei Wildtyp (WT) C57BL/6 Mäuse als Kontrollen dienten. 2) Ein etabliertes IUGR-Rattenmodell der maternalen Proteinrestriktion, bei dem trächtigen Muttertieren eine Niedrigproteindiät (8 % Proteingehalt, LP, IUGR-Gruppe) oder Standardfutter (17 % Proteingehalt, NP, Kontrollgruppe) zugeführt wurde. Plazentaproben beider Modelle wurden am Gestationstag E18.5 gewonnen und zusätzlich an einem früheren Gestationstag (E15) im Mausmodell. Während im Rattenmodell Plazentagewebe beider Geschlechter untersucht wurde, waren im Mausmodell nur Plazenten männlicher Feten für die Analyse zugänglich. Die plazentare Expression von ER-Stressmarkern (Grp78, Calnexin, Perk, Chop, Atf6, Ern1) wurde mittels Real-Time Polymerasekettenreaktion (RT-PCR) und Western Blot (Calnexin, ATF6, GRP78, CHOP, phospho-eIF2α, phospho-IRE1) analysiert. Die Immunhistochemie (IHC) wurde genutzt, um die Lokalisierung dieser ER-Stressmarker in den funktionellen Kompartimenten der gesunden Plazenta sowie deren potenzielle Alteration im Zusammenhang mit PE und IUGR zu charakterisieren. Oxidativer Stress wurde durch Western Blot Messungen von plazentarem 3-Nitrotyrosin im IUGR-Rattenmodell sowie zusätzlich von 4-Hydroxy-2-nonenal (HNE) im PE/IUGR eNOS-Knockout-Mausmodell bestimmt. Ergebnisse und Beobachtungen: Die Nachkommen beider Tiermodelle zeigten eine signifikante Induktion einer IUGR, die durch eine signifikante Reduktion des fetalen und plazentaren Gewichts gekennzeichnet war. Im Gegensatz zur humanen Datenlage konnte jedoch keine plazentare Aktivierung der UPR-Signalkaskaden nachgewiesen werden. Die IHC zeigte keine Veränderung in der Lokalisation der UPR-Signalproteine unter den ungünstigen intrauterinen Bedingungen in beiden Modellen. Eine signifikante Erhöhung des plazentaren oxidativen Stresses zeigte sich nur bei weiblichen IUGR-Ratten, wohingegen kein Anstieg in den Plazenten von männlichen IUGR-Ratten und PE/IUGR-Mäusen gemessen wurde. Schlussfolgerungen: Im Gegensatz zu den Beobachtungen einer erhöhten ER-Stressantwort bei humaner PE und IUGR, zeigten die untersuchten Nagetiermodelle keine signifikante Erhöhung der plazentaren UPR-Aktivierung. Daraus lässt sich folgern, dass die Plazenta über eine kompensatorische Kapazität verfügt, welche die Anpassung an die veränderten Gestationsbedingungen in diesen Nagetiermodellen ermöglicht. Die genauen Mechanismen, die dieser plazentaren Plastizität zugrunde liegen, bedürfen jedoch noch weiterer Aufklärung. Das erhöhte oxidative Stresslevel ohne eine begleitende UPR-Aktivierung in der Plazenta der weiblichen IUGR-Ratten untermauert diese Hypothese und deutet auf eine geschlechtsspezifische plazentare Reaktion auf maternale Malnutrition hin. Aufgrund des fehlenden Nachweises einer UPR-Aktivierung in Anbetracht der erhaltenen plazentaren Plastizität, scheinen die untersuchten Nagetiermodelle von begrenztem Nutzen für weitere Untersuchungen der Rolle des plazentaren ER-Stresses bei humanen Schwangerschaftskomplikationen zu sein.  de
dc.format.extent42
dc.identifier.opus-id21007
dc.identifier.urihttps://open.fau.de/handle/openfau/21007
dc.identifier.urnurn:nbn:de:bvb:29-opus4-210073
dc.language.isode
dc.rights.urihttp://www.gesetze-im-internet.de/urhg/index.html
dc.subjectUPR, ER.Stress, oxidativer Stress, IUGR, Präeklampsie, Fetale Programmierung
dc.subject.ddcDDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 61 Medizin und Gesundheit :: 618 Gynäkologie, Geburtsmedizin, Pädiatrie, Geriatrie
dc.titleNo evidence of the unfolded protein response in the placenta of two rodent models of preeclampsia and intrauterine growth restrictionen
dc.titleIntrauterine Wachstumsrestriktion und Präeklampsie: Kein Hinweis auf Aktivierung der plazentaren Stressreaktion des endoplasmatischen Retikulums in zwei Nagetiermodellende
dc.typedoctoralthesis
dcterms.publisherFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
local.date.accepted2022-11-22
local.sendToDnbfree*
local.subject.fakultaetMedizinische Fakultät
local.thesis.grantorFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) Medizinische Fakultät
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