Titelaufnahme

Titel
The role of Notch receptor 1 during human early placental development / submitted by Sandra Haider
VerfasserHaider, Sandra
Begutachter / BegutachterinKnöfler, Martin
Erschienen2014
UmfangXVI, 113 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Plazenta / Trophoblast / Notch / Signalweg / Zellsäule / Differenzierung
Schlagwörter (EN)placenta / trophoblast / notch / signaling / cell column / differentiation
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-5786 Persistent Identifier (URN)
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The role of Notch receptor 1 during human early placental development [14.76 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Notch Signalkaskade ist eine über kurze Distanzen funktionierende Zell-Zell Kommunikation und von der Fruchtfliege bis hin zu höheren Säugetieren evolutionär konserviert. Sie ist in vielzähligen Entwicklungsprozessen involviert, und je nach Zellzusammensetzung kann sie Proliferation, Apoptose, zelluläre Entwicklungsrichtungen, Entwicklungsprogramme und Stammzellerneuerung sowohl in embryonalen als auch in adulten Geweben aktivieren oder blocken.

Die menschliche Plazenta verbindet die Mutter mit dem Fötus wodurch das Baby mit Nährstoffen und Blutgasen versorgt wird. Fehler in der Plazentaentwicklung und -funktion gefährden einen erfolgreichen Schwangerschaftsverlauf. Während der Plazentation vermehren sich die plazentaren Trophoblasten und wandern in die uterinen Schichten ein, wo sie maternale Gefäße erreichen und umformen, um den benötigten utero-plazentären Blutfluss zu arrangieren. Aufgrund des regulativen Potentials der Notch Kaskade wäre es sehr gut möglich, dass sie in Prozesse der Trophoblastphysiologie involviert ist. Die Untersuchung der Notch Aktivität in human Trophoblasten des ersten Schwangerschaftsdrittels könnte neue Erkenntnisse über molekulare Mechanismen liefern, die die Entwicklung und Funktion der Plazenta steuern.

Im ersten Teil der Doktorarbeit wurde die Expression der in Säugetieren vorkommenden Notchrezeptoren (Notch1 - 4) und -Liganden (Jagged1, 2, DLL1, 3, 4) untersucht, und sowohl Blockierung als auch Aktivierung der Notch Signalkaskade durchgeführt. Die Notchliganden waren ubiquitär vorhanden, nur DLL3 war ausschließlich auf Synzytien exprimiert. Die Notchrezeptoren spiegelten ein individuelles Expressionsmuster wieder.

Notch1 fand man nur in proximalen Zellsäulentrophoblasten (ZST), Notch2 wurde in allen Trophoblasten detektiert. Notch3 fand man in villösen Zytotrophoblasten (vZT) und proximalen ZST und Notch1 färbte nur vZT.

Blockierende/aktivierende Analysen der Notchkaskade in villösen Explantaten und isolierten primären ZT deuteten darauf hin, dass dieser Signalweg sowohl der Proliferation als auch der Motilität und der Differenzierung früher ZT entgegenwirkt. Allerdings spiegeln Experimente mit Inhibitoren der Notchkaskade eine Mischung von Rezeptor-spezifischen Auswirkungen wieder. Deshalb geht es in meinem zweiten Teil der Doktorarbeit um Rezeptor-spezifische Effekte von Notch1 in der human Plazenta des ersten Schwangerschaftsdrittels. Immunfluoreszenzanalysen zeigten, dass man in sehr frühen Wochen des ersten Trimesters (6.

Schwangerschaftswoche) Notch1 nicht nur in proximalen ZST sondern auch unregelmäßig in vZT terminaler Villi nachweisen kann. Eine Inhibierung der Notchaktivität in villösen Explantaten demonstrierte eine Abnahme der Zellsäulenbildung mit gleichzeitiger Zunahme von Apoptose Proteinen wie z.B. p35, gespaltene caspase3 und Keratin18 neo-epitop. Ähnliche Ergebnisse wurden bei siRNA-mediierter Verminderung von Notch1 in primären isolierten ZT erzielt, wobei eine Zunahme von p53 und Caspase3 Spaltprodukten demonstriert wurde. Eine zusätzliche Stimulierung des programmierten Zelltodes mittels Camptothecin führte zu erhöhten Mengen von Notch1 mRNA und Protein in isolierten primären ZT, villösen Explantaten und der Chorion Karzinom-Zelllinie JEG-3. Mit den erhöhten Notch1 Proteinwerten kam es gleichzeitig zu einer Verminderung der Apoptose Marker p53 und Caspase3 Spaltprodukt. Zusammenfassend konnten wahrscheinlich zwei unterschiedliche Rollen von Notch1 verifiziert werden: eine Rolle in der Zellsäulenformation und eine anti-apoptotische Funktion, die das Überleben der Trophoblasten gegen zelluläre Bedrohungen unterstützt.

Zusammenfassung (Englisch)

Notch signalling is a short-range cell-to-cell communication and evolutionarily conserved from Drosophila to higher mammals. It is involved in numerous developmental processes, and depending on the cellular composition it promotes or inhibits proliferation, apoptosis, cell-fate decisions, activation of differentiation programs and stem cell self-renewal throughout development as well as in self-renewing adult tissue. The human placenta connects the mother with the fetus thereby supplying the baby with nutrients and gases, and failures in placental development and function endanger the successful pregnancy outcome. During placentation, placental trophoblasts proliferate and invade uterine layers where they reach and transform maternal vessels to arrange the required utero-placental blood flow. Regarding the regulatory potential of the Notch cascade it could very likely be involved in processes controlling trophoblast physiology and investigation of Notch signalling in human first trimester trophoblasts might reveal new insights in molecular mechanisms controlling placental development and function.

In the first part of the thesis the expression of the mammalian Notch receptors (Notch1 - 4) and ligands (Jagged1, 2, DLL1, 3, 4) was investigated and inhibition as well as activation of the Notch cascade were performed. Notch ligands were ubiquitously expressed in first trimester placenta cells, only DLL3 expression was restricted to syncytiotrophoblasts. Notch receptors displayed distinct expression patterns. Notch1 was only found in cell column trophoblasts (CCTs), Notch2 was detectable in all trophoblasts, Notch3 was found in villous cytotrophoblasts (vCTBs) and proximal CCTs, and Notch4 stained only vCTBs. Inhibition/activation analyses of Notch signaling in villous explant cultures and isolated primary CTBs suggested that this pathway counteracts proliferation, motility and differentiation of first trimester CTBs. However, experiments with Notch pathway inhibitors might reflect a mixture of receptor-specific effects. Therefore my second part of the thesis deals with receptor-specific effects of Notch1 in human first trimester placentae. Immunofluorescence analyses revealed that in very early placentae of the first trimester (6th week of gestation), Notch1 was not only expressed by proximal CCTs, a discontinuous expression was found in vCTBs of terminal villi. Inhibition of Notch1 activity in villous explant cultures demonstrated a decrease in cell column formation which was accompanied by an increase of markers for apoptosis such as p53, cleaved caspase3 and M30. Similar results were obtained with siRNA-mediated down-regulation of Notch 1 in primary isolated CTBs which demonstrated elevated p53 and caspase cleavage products. Further induction of apoptosis using camptothecin resulted in enhanced levels of Notch1 mRNA and protein in isolated primary trophoblasts, villous explant cultures and the choriocarcinoma cell line JEG-3. Increased Notch1 protein levels were accompanied by the reduction of apoptotic markers including p53 and caspase3 cleavage products. Taken together, two distinct roles of Notch1 could be verified: a role in cell column formation and an anti-apoptotic function supporting trophoblast survival against cellular threats.