Kommunikation zwischen Zellen

Während der Schwangerschaft wird ein besonderes Organ gebildet: die Plazenta. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, Sauerstoff und Nährstoffe von der Mutter zum Kind zu transportieren und die Ausscheidung von Abfallprodukten vom Kind über die Mutter zu ermöglichen. Sie ist auch ein Immunorgan, das den Erfolg der Schwangerschaft fördert, und ein endokrines Organ, das die notwendigen Anpassungen des mütterlichen Stoffwechsels im Verlauf der Schwangerschaft erleichtert.

Die Plazenta ist auch ein multizelluläres Organ, das aus verschiedenen Zelltypen besteht, und wir wollen verstehen, wie diese Zelltypen interagieren und miteinander kommunizieren, um eine ordnungsgemäße Entwicklung der Plazenta zu fördern.
Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass Zellen kleine Botenstoffe aussenden, z. B. microRNAs und extrazelluläre Vesikel, und wir wollen herausfinden, wie diese Botenstoffe die Kommunikation zwischen Mutter und Kind ermöglichen und wie diese Kommunikationswege bei Schwangerschaften, die z. B. durch Präeklampsie beeinträchtigt sind, verändert werden.

Interaktion von Makrophagen und Endothelzellen bei der Blutgefäßbildung

Carolin Schliefsteiner - Teammitglied bei PlancentaLab

Carolin Schliefsteiner
PhD, PI

Makrophagen sind hochplastische Zellen. In der Plazenta sind sie die wichtigsten Immunzellen, erfüllen aber darüber hinaus noch viele weitere Funktionen. So fördern sie z.B. die fetale Toleranz in der Mutter, sie regulieren die Gewebehomöostase und den Gewebeumbau. Es ist bekannt, dass sie mit den Trophoblastenzellen interagieren, um die extrazelluläre Matrix zu modulieren und dadurch eine ordnungsgemäße Invasion der Trophoblasten zu ermöglichen. In der Vergangenheit wurde auch vermutet, dass sie mit Endothelzellen interagieren und die ECM umgestalten, um die angiogene Sprossung und das Wachstum neuer Blutgefäße zu ermöglichen. Hier untersuchen wir, wie Makrophagen die Angiogenese von Endothelzellen beeinflussen könnten, indem wir sowohl primäre Hofbauer-Zellen als auch aus der Plazenta isolierte feto-plazentare Endothelzellen verwenden.

Da die Monokultur eines einzelnen Zelltyps in vitro ein recht künstlicher Aufbau ist, ist es unser Ziel, ein Ko-Kulturmodell von Endothelzellen und Makrophagen zu etablieren und es in funktionellen Assays zur Angiogenese zu verwenden, um der Situation in vivo näher zu kommen. Da sich die Angiogenese und die Endothelfunktion in der Plazenta von Schwangerschaften, die durch Präeklampsie oder Diabetes beeinträchtigt sind, von denen gesunder Schwangerschaften unterscheiden, ist die Untersuchung der Endothel- und Makrophagenfunktion bei solchen Pathologien ebenfalls von wesentlicher Bedeutung.

Schliefsteiner C, Peinhaupt M, Kopp S, Lögl J, Lang-Olip I, Hiden U, Heinemann A, Desoye G, Wadsack C. Human Placental Hofbauer Cells Maintain an Anti-inflammatory M2 Phenotype despite the Presence of Gestational Diabetes Mellitus. Front Immunol. 2017 Jul 31;8:888. doi: 10.3389/fimmu.2017.00888. PMID: 28824621; PMCID: PMC5534476.

Schliefsteiner C, Ibesich S, Wadsack C. Placental Hofbauer Cell Polarization Resists Inflammatory Cues In Vitro. Int J Mol Sci. 2020 Jan 22;21(3):736. doi: 10.3390/ijms21030736. PMID: 31979196; PMCID: PMC7038058.

Loegl J, Hiden U, Nussbaumer E, Schliefsteiner C, Cvitic S, Lang I, Wadsack C, Huppertz B, Desoye G. Hofbauer cells of M2a, M2b and M2c polarization may regulate feto-placental angiogenesis. Reproduction. 2016 Nov;152(5):447-55. doi: 10.1530/REP-16-0159. Epub 2016 Aug 17. PMID: 27534571.

Interaktion von Makrophagen und Endothelzellen bei Prä-Eklampsie

Monika Horvat Mercnik - Teammitglied bei PlancentaLab

Monika Horvat Mercnik
PhD Student

Christian Wadsack - Teammitglied bei PlancentaLab

Christian Wadsack
PhD, PI

Ausgelöst durch eine übermäßige Entzündung können Endothelzellen einen Prozess durchlaufen, der als endotheliale-to-mesenchymale Transition (endoMT) bezeichnet wird, bei dem Endothelzellen ihre typischen Marker und Eigenschaften verlieren und sich zu einem mesenchymalen Phänotyp zurückbilden und typische mesenchymale Marker exprimieren. Dieser Prozess wird in der Regel durch den transformierenden Wachstumsfaktor beta (TGF-β) und verwandte BMP-Proteine ausgelöst.

Neben anderen Zellen sind Makrophagen – je nach ihrem Polarisierungszustand – eine reichhaltige Quelle für TGF-β. In diesem Projekt untersuchen wir, ob der TGF-β-Crosstalk zwischen Makrophagen und Endothelzellen bei der Präeklampsie, einer entzündlichen Erkrankung, die Fähigkeit der plazentaren Endothelzellen, ihre Endothelfunktionen aufrechtzuerhalten, verändert und so die EndoMT fördert. Daher wird diese Studie unser derzeitiges Wissen und Verständnis der vaskulären (Dys-)Funktion der Plazenta bei Gesundheit und Präeklampsie erweitern.

Mercnik MH, Schliefsteiner C, Fluhr H, Wadsack C. Placental macrophages present distinct polarization pattern and effector functions depending on clinical onset of preeclampsia. Front Immunol. 2023 Jan 12;13:1095879. doi: 10.3389/fimmu.2022.1095879. PMID: 36713449; PMCID: PMC9878680.

TGFβ signalling: a nexus between inflammation, placental health and preeclampsia throughout pregnancy. Horvat Mercnik M, Schliefsteiner C, Sanchez-Duffhues G, Wadsack C. Hum Reprod Update. 2024 Mar 22:dmae007. doi: 10.1093/humupd/dmae007. Online ahead of print. PMID: 38519450

Extrazelluläre Vesikel in der fötalen Immunkommunikation

Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind von Zellen freigesetzte Vesikel in Nanogröße, die die interzelluläre Kommunikation durch den Transport von Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren vermitteln. Die Plazenta setzt während der Schwangerschaft EVs sowohl in den mütterlichen als auch in den fetalen Kreislauf frei. Während die biologische Funktion der Plazenta-EVs im mütterlichen Kreislauf weitgehend bekannt ist, ist ihre Rolle im fetalen Kreislauf noch nicht geklärt.

In unserem Projekt wollen wir die Funktion von aus der Plazenta stammenden EVs in der Entwicklung fetaler Immunzellen verstehen. Dazu isolieren wir EVs aus dem Zellkultur- Medium primärer plazentarer Endothelzellen und charakterisieren ihr Proteom und miRNA-Signaturen. Darüber hinaus versuchen wir, hämatopoetische Stamm- und Vorläuferzellen aus Nabelschnurblut mit plazentaren EVs zu infizieren, um ein besseres Verständnis der vesikulären-zu-zellulären Kommunikation in der fetalen Immunentwicklung zu bekommen.