Role of Heme oxygenase-1 in the feto-maternal tolerance
Creators: name: Zenclussen, Maria Laura
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Year: 2009
Subjects: subject: Toleranz
subject: Schwangerschaft
subject: Häm Oxygenase-1
subject: Reproduktionsimmunologie
subject: tolerance
subject: pregnancy
subject: Heme oxygenase-1
subject: reproductive immunology
subject: 570 Biowissenschaften, Biologie
subject: 32 Biologie

description: Die Schwangerschaft ist ein komplexes Phänomen, bei dem es zu einer Interaktion zwischen dem mütterlichen Immunsystem und dem Fetus kommt. An der feto-maternalen Grenze kommt es zur Auslösung einer inflammatorischen Reaktion, die für eine normale Implantation und Schwangerschaft notwendig ist. Allerdings kann eine exzessive Entzündungsreaktion zu Schwangerschaftskomplikationen wie dem immunologisch vermittelten Sponatanabort füh-ren. Das zytoprotektive Enzym Hämoxygenase-1 (HO-1) spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Kontrolle inflammatorischer Reaktionen. Inwiefern HO-1 für das Gelingen und Bestehen einer Schwangerschaft unabdingbar ist, wurde bisher nicht untersucht. Unsere Hypothese ist, dass HO-1 eine bedeutsame Rolle während der Schwangerschaft spielt. Die Beantwortung dieser wichtigen Frage ist deshalb Hauptziel dieser Dissertation. Es konnte gezeigt werden, dass eine spezifische Hochregulation des HO-1 Moleküls mittels Gentherapie in einem Mausmodell für Spontanabort zur signifikanten Reduktion der Abortra-te führte. Dieser protektive Effekt war mit einer erhöhten Th2/Th1 Zytokinen-Ratio und mit verminderter Apoptose assoziiert. Ein weiteres Teilziel dieser Arbeit bestand darin, die Rolle des HO-1 Moleküls während der Plazentation zu untersuchen. Dafür wurde eine Trophoblastenstammzelllinie benutzt, die in der Lage ist, zu Riesenzellen zu differenzieren. Die mittels Zinkprotoporphyrin (ZnPPIX) induzierte Expressionssuppression von HO-1 führte zur Verminderung der Überlebensrate von Trophoblastenstammzellen und zur Hemmung von deren Ausdifferenzierung in Trophoblastenriesenzellen. Um die Rolle des HO-1 Moleküls in anderen Schwangerschaftsprozessen zu untersuchen, wurden Hämoxygenase-1 defiziente (Hmox1-/-) Mäuse benutzt. Da die Verpaarung von Hmox1-/- Mäuse zu keinem erfolgreichen Abkömmling führt, war ein weiteres Teilziel dieser Arbeit gewesen, den zu Grunde liegenden Mechanismus aufzuklären. Es zeigte sich, dass Hmox1-/- Weibchen im Vergleich zu den Hmox1+/+ Weibchen weniger Oozyten produzieren. Auch konnten die Hmox1-/- Oozyten weniger erfolgreich als die Hmox1+/+ Oozyten fertili-ziert werden. Verschiedene Verpaarungsexperimente mit Hmox1+/+, Hmox1+/- und Hmox1-/- Mäusen ergaben einen indirekt proportionalen Zusammenhang zwischen HO-1 Expression und Aborthäufigkeit. Die hier gewonnenen Daten deuten daraufhin, dass HO-1 eine entscheidene Rolle in der Schwangerschaft spielt. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zum Verständnis der Pathologie des immunologisch vermittelten Spontaborts bei und können darüber hinaus helfen neue Be-handlungsstrategien gegen diese gefürchtete Schwangerschaftskomplikation zu entwickeln.
description: Mammalian pregnancy is a parabiotic union of two genetically different individuals, the fetus and the mother. At the feto-maternal interface, inflammatory processes can occur due to an immune reaction against alloantigens. It is known that some degree of systemic or uterine inflammation is necessary for both normal implantation and pregnancy. However, if this in-flammation becomes too excessive it can cause pregnancy complications such as abortion. Heme oxygenase-1 (HO-1), the enzyme responsible for the degradation of free heme, plays a key role in inflammatory processes. Viewing pregnancy mainly as an inflammatory process had led us to the idea that HO-1 may play an important role in pregnancy. Therefore, the main aim of this work was to analyze the role of HO-1 in the different processes related to preg-nancy by means of functional studies employing in vivo as well as in vitro models. First, we could show that a specific up-regulation of HO-1 in abortion-prone animals by means of an adenoviral vector is able to reduce the abortion rate. This HO-1 up-regulation improved pregnancy outcome by up-regulating the Th2/Th1 cytokines ratio and protecting tissues from apoptosis, suggesting an important role of HO-1 in pregnancy. In a second part of the work, we aimed to analyze the role of HO-1 in placentation. For that, a trophoblast stem cell line capable of differentiate into trophoblast giant cells was used. Inter-estingly, a down-regulation of HO-1 by means of ZnPPIX led to diminished survival of the trophoblast stem cells. Furthermore, these cells were unable to differentiate into trophoblast giant cells in the absence of HO-1, strongly suggesting a crucial role of HO-1 in placentation. Finally, a closer look into the role of HO-1 in pregnancy was performed by using heme oxy-genase-1 deficient mice (Hmox1-/- mice). Interestingly, Hmox1-/- females produce much less oocytes than wild type females. Analyses of the ovaries of both types of females showed dif-ferences in follicle development. Furthermore, when fertilized in vitro, a significant diminu-tion in the fertilization rate of Hmox1-/- oocytes when compared to Hmox1+/+ oocytes was found. Since the mating of Hmox1-/- mice does not yield progeny, we also aimed to clarify whether this is due to problems in the female, in the male or in both. For this, different mating combinations of mice partially or totally deficient in Hmox1 were performed. The analysis of the pregnancy outcome showed that, the less HO-1 in the combination, the higher the fetal rejection. In summary, a central role of HO-1 in different processes of reproduction could be demon-strated in this work which helps understanding the mechanisms behind pregnancy success.