In-vitro Modell zur Aufdeckung der molekularbiologischen Vorgänge bei der embryonalen Implantation des Menschen

Einführung: Parakrine Interaktionen zwischen dem extravillösen Trophoblasten und der maternalen Dezidua sind Grundvoraussetzungen für eine erfolgreiche Implantation. Der Trophoblast sezerniert Produkte, die die Migration und Invasion in das maternale Endometrium unterstützen und bei der Etablierung des „Plazentabettes“ helfen. Ein globaler Ansatz zur Aufdeckung des kindlich-mütterlichen Dialoges ist bisher nicht durchgeführt worden, so dass unser Wissen über die spezifischen physiologischen Vorgänge bei der embryonalen Implantation des Menschen äußerst limitiert ist.

Ziel: Design eines in vitro Modells zur Aufdeckung der molekularbiologischen Vorgänge bei der Implantation mittels Koinkubation von trophoblastkonditioniertem Medium (TCM) und dezidualisierten, endometrialen Stromazellen (dES).

Material und Methoden: Menschliche endometriale Stromazellen wurden mit den Steroidhormonen Östrogen und Progesteron über 14 Tage dezidualisiert. Trophoblastenzellen wurden aus Interruptiones gewonnen und zur Gewinnung des TCM 48 Stunden inkubiert. Anschließend wurden die Zellen in 2 Gruppen aufgeteilt: 1) Inkubation mit TCM und 2) Kontrollgruppe, Inkubation mit konditioniertem Medium von nicht-dezidualisierten Stromazellen (CCM). Die dES wurden dann nach 0, 3, 12 Stunden lysiert. Nach dem Herstellerprotokoll wurde tRNA isoliert und auf einen Oligonukleotid Genchip Array (HG-U133 plus 2.0, Affimetrix, 56.400 Probesets) hybridisiert. Die so generierten Daten wurden über biostatistische Analysen ausgewertet. Anschließend wurden diese Daten mittels Real-time PCR, Protein-ELISA und Immunohistochemie validiert.

Ergebnisse: Die Analyse der GenChip Arrays zeigte eine gesteigerte Expression von 468 Genen in den dES durch die Koinkubation mit TCM sowie eine verminderte Expression von 680 Genen nach 12 Stunden. Unter den am stärksten hochregulierten Genen sind Gene aus der Gruppe der Chemokine und Immunantwort sowie Gene, die in den Vorgang der Matrixdegeneration involviert sind. Unter den Genen mit verminderter Expression waren Wachstumsfaktoren und Gene der Wnt Signalkaskade.

Diskussion: Diese Daten zeigen eine gesteigerte Expression von Genen in dES, die in der Initiierung und Ausführung der Immunatwort beteiligt sind. Dies suggeriert, dass der invadierende Trophoblast über die induzierten Veränderungen in der Genexpression bezüglich der Immunreaktion das immunologische Umfeld des Endometriums so verändert, dass die maternale Immunantwort eine Implantation erlaubt und cytokinangereichert ist, während die mitotische Aktivität der Stromazellen limitiert wird. Die gesteigerte Expression von matrixdegenerierenden Genen spricht überdies für eine gezielte Auflösung der Zellbegrenzungen im Bereich der Implantationsstelle zur Unterstützung einer Invasion. Die herabgesetzte Expression von Wachstumsfaktoren zum untersuchten Zeitpunkt legt eine streng regulierte Balance zwischen wachstumsfördernden und -hemmenden Faktoren nahe, um zum Beispiel eine überschießende Invasion zu verhindern. Die Ergebnisse zeigen, dass unser in vitro Modell gut geeignet ist, um grundlegende Fragestellungen der humanen Implantation zu untersuchen, da wir bereits publizierte Ergebnisse bezüglich der veränderten Genexpression reproduzieren und darüber hinaus neue, potentiell wichtige Gene für den Implantationsprozess identifizieren konnten.

Danksagung: Diese Untersuchungen wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (HE-3544/1, APH) und dem Specialized Cooperative Centers Program in Reproduction Research des NIH (NICHD HD 31398–08, LCG) unterstützt.