Специалисты из НИУ ВШЭ разработали инновационную методику моделирования состояния кислородного дефицита в клетках плаценты, возникающего при преэклампсии, и выявили молекулярные признаки недостатка кислорода в тканях. Гипоксия играет одну из основных ролей в развитии преэклампсии. Новые данные имеют значение для совершенствования и ускорения диагностики этого недуга, а также для создания действенных терапевтических подходов.
Работа опубликована в журнале Placenta.
Преэклампсия – серьезное осложнение беременности, встречающееся в 2–8% случаев и являющееся одной из основных причин смертности матери и плода. Диагностировать это заболевание затруднительно, поскольку оно не проявляется сразу. У беременных женщин наблюдается повышение артериального давления, в моче обнаруживается белок, а также возможны сбои в функционировании органов. Особую опасность представляет собой ранняя стадия преэклампсии, которая развивается до 34-й недели беременности.
Хотя проблема изучается на протяжении многих лет, точный механизм развития заболевания остается неясным. Тем не менее, специалисты считают, что ключевые факторы определяются на этапе формирования плаценты. Прямое изучение плаценты затруднено из-за технических и этических соображений, поэтому биологи применяют клеточные модели и воссоздают процессы в лабораторных условиях.
Гипоксия, то есть недостаточное поступление кислорода к тканям плаценты, рассматривается как один из основных факторов, вызывающих преэклампсию. Исследователи факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ воспроизвели состояние гипоксии в модели плаценты-на-чипе и сравнили результаты с реальными данными, полученными от женщин с ранней и поздней преэклампсией, чтобы увидеть молекулярные изменения, характерные для заболевания, и найти его потенциальные биомаркеры.
Сначала исследователи проанализировали данные секвенирования РНК единичных клеток плаценты у женщин с ранней и поздней преэклампсией, а также с течением беременности без осложнений. Это дало возможность выявить, какие типы клеток плаценты изменяют свою активность в процессе развития заболевания. Ученые сопоставили различные типы клеток трофобласта – специализированных клеток эмбриона, из которых развивается плацента. В ходе исследования было установлено, что при ранней преэклампсии наиболее ярко проявляются признаки гипоксии. Наибольшие страдания приходятся на клетки вневорсинчатого трофобласта, выполняющие функцию перестройки сосудов матки во время беременности.
В ходе исследования было идентифицировано девять генов, активность которых неуклонно возрастала во всех анализируемых клетках при преэклампсии, что позволило создать своего рода молекулярный эталон для этого состояния.
Для оценки воспроизводимости данного стандарта в лабораторных условиях, ученые сопоставили два подхода к моделированию преэклампсии, используя плацентарный чип, созданный на основе клеточной линии BeWo b30. Одним из методов являлась традиционная индукция гипоксии с применением хлорида кобальта, а другим – альтернативный, основанный на использовании производного оксихинолина. Результаты показали, что второй способ гораздо точнее воспроизводит молекулярные процессы, характерные для преэклампсии. Хлорид кобальта провоцировал широкий спектр неспецифических изменений в клетках, тогда как препарат на основе производного оксихинолина стимулировал более избирательную и физиологически релевантную реакцию.
«Нашей целью было выяснить, насколько лабораторная модель соответствует реальной картине преэклампсии. Это критически важно, поскольку получение образцов плаценты у беременных женщин затруднено, проведение экспериментов на пациентках не представляется возможным, а плацента сама по себе является уникальным, сложным и подверженным изменениям органом. Мы продемонстрировали, что распространенная модель, основанная на использовании хлорида кобальта, не всегда точно воспроизводит процессы, протекающие в плаценте при преэклампсии. В некоторых случаях она даже демонстрировала обратные изменения в активности ключевых генов», – сообщил главный автор статьи, руководитель Лаборатории молекулярной физиологии НИУ ВШЭ Евгений Князев.
Сопоставление результатов секвенирования и клеточной модели, созданной на чипе, продемонстрировало значимость гипоксии – именно она инициирует изменения, характерные для ранней преэклампсии. Исследователям удалось определить потенциальные молекулярные факторы, вовлеченные в этот механизм. Гены EBI3 и COL17A1 привлекли особое внимание, поскольку они впервые были идентифицированы как универсальные индикаторы стресса плаценты. Также было установлено, что микроРНК miR-27a-5p и miR-193b-5p, связанные с гипоксией, и несколько изоформ молекул микроРНК также играют важную роль.
«Впервые мы осуществили детальный сравнительный анализ, сопоставив данные, полученные из образцов тканей пациенток, и результаты лабораторных исследований. Это позволило нам выявить «молекулярный отпечаток» ранней преэклампсии. Как показал анализ, именно изменения в генах EBI3 и COL17A1, а также в определенных молекулах микроРНК, указывают на наличие патологий в плаценте и могут быть использованы в качестве молекулярных маркеров этого заболевания», – пояснил Евгений Князев.
Авторы полагают, что полученные данные могут быть применены для создания способов своевременного определения преэклампсии. Кроме того, более совершенная клеточная модель, основанная на производных оксихинолина, позволит более уверенно идентифицировать новые биомаркеры болезни и перспективные цели для терапии.
Данная работа была осуществлена при поддержке Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в рамках проекта «Центры превосходства», а также при поддержке Российского научного фонда (грант 24-14-00382).
Информация предоставлена пресс-службой НИУ ВШЭ