title: Extra-gastral expression of gastrokine 2 and the impact of intrauterine growth restriction on its placental expression
title: Extragastrale Expression von Gastrokin 2 und der Einfluss intrauteriner Wachstumsrestriktion auf dessen plazentare Expression
Creators: name: Röper, Julia Marie
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2023
Subjects: subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 61 Medizin und Gesundheit :: 610 Medizin und Gesundheit

description: 2.1 Objective Gastrokines (GKNs) are a protein cluster so far investigated mainly in stomach and placenta. Their function is subject of current studies. In gastral mucosa those secretory BRICHOS-domain proteins exert tumor suppressive and homeostatic effects. Noteworthy, gastrokine expression seems to be present in extragastric organs, such as the placenta, where they are involved in the trophoblast function. Recently, a potential role of GKN2 in human pregnancy complications of placental malfunction, such as intrauterine growth restriction (IUGR) and preeclampsia (PE), has been hypothesized. Whether these changes can be seen in rodent animal models of IUGR and PE/IUGR remains to be examined. Moreover, little is known about GKN function in other organ systems. 2.2 Methods Gkn1 and 2 mRNA expression was determined via qRT-PCR in multiple rat organs and in placentas from established rodent models of IUGR, i.e., maternal gestational protein restriction of the rat and genetic PE/IUGR mouse model (knockout of endothelial nitric oxide synthase, eNOS-/-), in comparison to the respective controls at gestational age E15 (mouse) and E18.5 (both animal models). Furthermore, we analyzed the localization of GKN1 and 2 in extragastric tissues of healthy rodents in comparison to human tissue microarray immunhistochemically. The stomach served as positive control. 2.3 Results Both animal models showed a significant induction of IUGR with reduced fetal weights. Gkn1 expression was mainly restricted to the stomach. In contrast, a hitherto unknown Gkn2 expression was detected in a series of other rat tissues, such as lung, brain, testicle and bone. Additionally, our immunohistochemical analysis of human tissue via histological microarray showed an expression of Gkn2 in skin, pancreas, salivary glands and in various immune organs. 3 Wildtype C57BL/6 mice showed a significant increase of placental Gkn2 expression from E15 to E18.5. This increase was not observed in the placentas of eNOS-/- mice, with a significantly reduced placental Gkn2 expression on E18.5, compared to C57BL/6 wildtype animals. Regarding the IUGR rat model, the maternal low protein diet had no significant impact on placental Gkn2 expression on E18.5. No sex-specific dimorphism was observed regarding Gkn2 mRNA expression in placentas of female versus male placentas. 2.4 Conclusion This study provided novel data on extragastric GKN2 expression in humans and rodents. While GKN2 was mainly expressed in the stomach, we could also show protein expression in multiple other tissues, expanding the possibilities of putative protein function based on its localization. Part of our data revealed GKN2 expression in organs of the same endodermal origin. However, it remains to be determined, if GKN2 mimics the function of other local BRICHOS-domain proteins or if specific effects apply. The presented data further extend the current knowledge regarding the placental role of GKN2 on its regulation in IUGR animal models.
description: 1.1 Hintergrund und Ziele Gastrokine (GKNs) sind eine Gruppe von bislang vor allem im Magen und in der Plazenta erforschten Proteinen, deren Funktion noch nicht endgültig geklärt ist. In der gastralen Mukosa wird den sekretorischen BRICHOS-Domän-Proteinen eine tumorsuppressive und homöostatische Rolle zugeschrieben. Gastrokine scheinen jedoch in geringeren Mengen auch in extragastralen Organen wie der Plazenta vorhanden zu sein. Es wird angenommen, dass Gastrokine trophoblastäre Funktionen regulativ beeinflussen. Somit kommt diesen Proteinen eine potentielle Rolle bei plazentarer Fehlfunktion im Rahmen der Schwangerschaftskomplikationen intrauterine Wachstumsrestriktion (IUGR) und Präeklampsie (PE) zu. Bislang bleibt es offen, ob sich diese plazentaren Veränderungen analog in IUGR bzw. PE/IUGR Nagetiermodellen nachbilden lassen. Zudem ist bislang wenig über weitere potentielle Lokalisationen von Gastrokinen in extragastralen Organen bekannt. 1.2 Methoden Es wurde die Expression von Gkn1 und Gkn2 mittels qRT-PCR in verschiedenen Organen der Ratte sowie in Plazenten von etablierten IUGR-Tiermodellen untersucht, i.e. im alimentären IUGR Proteinmangelmodell der Ratte und im genetischen PE/IUGR Modell der Maus (Knockout der endothelialen Stickstoffmonoxid-Synthase, eNOS-/-) im Vergleich zur jeweiligen Kontrolle zum Gestationsalter E15 (Maus) und E18.5 (beide Modelle). Die Bestimmung der Lokalisation von GKN1 und GKN2 in extragastralen Geweben von gesunden Nagetieren und komparativ beim Menschen (humaner tissue microarray) erfolgte immunhistochemisch. Der Magen diente hierbei jeweils als Positivkontrolle. 1.3 Ergebnisse und Beobachtungen Beide Tiermodelle zeigten eine signifikante IUGR mit fetaler Gewichtsreduktion. Während GKN1 fast ausschließlich gastral exprimiert wurde, fand sich eine signifikante Gkn2 mRNA Expression in zahlreichen weiteren Organen wie Lunge, Hirn, 1 Hoden und Knochen der Ratte. Zusätzlich ließ sich GKN2 mittels humanem tissue microarray in der Haut, dem Pankreas, den Speicheldrüsen sowie verschiedenen dem Immunsystem zugehörigen Organen mittels Immunhistochemie nachweisen. Die plazentaren qRT-PCR Analysen unserer Tiermodelle zeigten einen signifikanten Anstieg der Gkn2 Expression in Wildtyp C57BL/6 Mäusen von E15 zu E18.5. Diese Induktion blieb in den Plazenten von eNOS-/- Mäusen aus, sodass diese an E18.5 eine gegenüber dem Wildtyp signifikant verringerte plazentare Gkn2 Expression zeigten. In den Plazenten des IUGR Rattenmodells fand sich kein signifikanter Einfluss der Proteinmangelernährung auf die Gkn2 Expression an E18.5. Es fand sich kein geschlechtsspezifischer Dimorphismus hinsichtlich der Gkn2 Expression im Vergleich von weiblichen und männlichen Plazenten. 1.4 Praktische Schlussfolgerungen Die hier vorgestellte Arbeit diente der Deskription extragastraler Expression von Gastrokin 2 in Mensch und Nagetier. Während der Magen der Hauptexpressionsort von GKN2 ist, erweitert sich durch den hier vorgestellten Nachweis des Proteins in multiplen Organen der Blick auf weitere potenzielle Funktionen von GKN2 anhand seiner Lokalisation. Unsere Daten deuten zum Teil darauf hin, dass sich die GKN2 Expression in verschiedenen Organen des gleichen endodermalen Ursprungs zeigt, wobei zu klären bleibt, ob GKN2 lokal die Funktionalität anderer BRICHOS-Domän- Proteine übernimmt oder ob sich eine GKN2-spezifische Wirkung findet. Des Weiteren bauen die Untersuchungen dieser Arbeit unser bisheriges Verständnis zur plazentaren Rolle von GKN2 und seiner Regulation im Rahmen von IUGR im Tiermodell aus.