Trophoblast Stammzellen: Ein Modell zur Untersuchung der Rolle von Connexin 31 für die Trophoblastdifferenzierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Rolle von Connexinen (Cx) für die Regulation von Proliferations- und Differenzierungsvorgängen von Zellen ist in der Literatur gut dokumentiert Die sehr spezifische Rolle jedes der 20 (Maus) oder 21(Mensch) verschiedenen Connexingene konnte durch die Generierung von Connexin-Mausmutanten, aber auch durch das Auftreten zahlreicher humaner Krankheitsbilder auf Grund von Connexin-Mutationen belegt werden. Connexine sind nicht nur für die Kommunikation der Zellen untereinander durch die Übertragung von kleineren Molekülen, sondern auch für die Induktion und damit eine Veränderung in der interzellulären Signalkaskade über Protein-Protein-Wechselwirkungen verantwortlich. Cx31 spielt in der Maus eine essentielle Rolle in der Plazentaentwicklung. Das Fehlen von Cx31, das vor allem in Trophoblast- Stammzellen und später im Spongiotrophoblasten der Mausplazenta exprimiert ist, führt zu einer transienten plazentaren Dysfunktion an Tag 10,5 pc und zum Absterben von 60% der Embryonen. Durch das Fehlen von Cx31 kommt es zu einer Fehlregulation der „trophoblast lineage“ Differenzierung mit einer starken Reduktion des Spongiotrophlasten und einer Akkumulation von Trophoblastriesenzellen, die für die Invasion in die maternalen Gefäße zuständig sind. Die Generierung von Wildtyp-, Cx31-defizienten und Cx31-überexprimierenden Trophoblaststammzelllinien zeigte anhand verschiedener plazentarer Markergene, dass sich das Differenzierungsmuster der „tropoblast lineage“ ändert. Das Fehlen des Kanals führt zu einer reduzierten Proliferation sowie zu einer schnelleren und verstärkten Ausbildung von Trophoblastriesenzellen, was das Verhältnis von Trophoblaststammzellen zu Riesenzellen zugunsten der letzteren verschiebt. Da der Trophoblast sich in der Frühgravidität in einem physiologisch niedrigen Sauerstoffmilieu entwickelt, wurde in weiteren Experimenten untersucht, ob sich diese „lineage“ Verschiebung der Cx31 defizienten Trophoblaststammzellen unter den physiologischen geringen Sauerstoffkonzentrationen verstärkt. Interessant war, dass das Fehlen des Kanals nicht nur zu einer verstärkten Bildung von Trophoblastriesenzellen, sondern auch zu einem anderen Subtyp der Riesenzellen führt. Statt der sogenannten parietalen Trophoblastriesenzellen werden Riesenzellen gebildet, die den großen dezidualen Blutkanal auskleiden. Normalerweise werden die Riesenzellen über Vorläuferzellen gebildet, die AP2y exprimieren und die dann zu Spongiotrophoblastzellen werden. Diese AP2y exprimierenden Spongiotrophoblasten sind unter niedrigem Sauerstoff in normalen Trophoblaststammzellen erhöht aber nicht in den Stammzellen, die kein Connexin31 ausbilden, d. h. der andere Subtyp der Riesenzellen müsste über andere Vorläufer generiert werden. Da die Connexin31 defizienten Stammzellen einen sehr stark erhöhten intrazellulären cAMP Spiegel aufweisen, könnte eine solche Veränderung der „lineage“ Differenzierung über cAMP induziert sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Connexins and trophoblast cell lineage development. Methods Mol. Med. 2006 121:149-158
Kibschull M, Winterhager E
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Characterization of connexin31.1-deficient mice reveals impaired placental development. Dev. Biol. 2007 312(1):258-271
Zheng-Fischhöfer Q, Kibschull M, Schnichels M, Kretz M, Petrasch-Parwez E, Strotmann J, Reucher H, Lynn BD, Nagy JI, Lye SJ, Winterhager E, Willecke K
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The connexin31 F137L mutant mouse as a model for the human skin disease erythrokeratodermia variabilis (EKV). Hum. Mol. Genet. 2007 16(10):1216-1224
Schnichels M, Wörsdörfer P, Dobrowolski R, Markopoulos C, Kretz M, Schwarz G, Winterhager E, Willecke K
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Analogous and unique functions of connexins in mouse and human placental development. Placenta 2008 29(10):848-854
Kibschull M, Gellhaus A, Winterhager E
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The transcription factor TCFAP2C/AP-2gamma cooperates with CDX2 to maintain trophectoderm formation. Mol. Cell Biol. 2010 30(13):3310-3320
Kuckenberg P, Buhl S, Woynecki T, van Fürden B, Tolkunova E, Seiffe F, Moser M, Tomilin A, Winterhager E, Schorle H
