hFcRn/Beta-2-Mikroglobulin (b2m) Expression in der Plazenta

Forschungsprojekt P 14079hFcRn/Beta-2-Mikroglobin (b2m) Expressin in der PlazentaRenate FUCHS24.01.2000 Das neugeborene Kind wird während der ersten Wochen nach der Geburt durch mütterliche Antikörper geschützt Diese "passive Immunisierung" erfolgt bereits während der Schwangerschaft durch transplazentaren Transport von Antikörpern der 1gG Klasse vom mütterlichen in den fötalen Kreislauf. Man nimmt an, daß dieser Transport mittels des epithelialen IgG Fcg -Rezeptors (hFcRn) erfolgt, welcher in der ersten zellulären Barriere, den Synzytotrophoblasten (STB), lokalisiert ist. In der reifen Plazenta stehen villöse STB in direktem Kontakt mit dem fötalen Kapillarendothel, durch welches mütterliches IgG in das fötale Blut weitertransportiert wird. In der unreifen Plazenta müssen IgG Antikörper zusätzlich noch durch eine Schicht von Zytotrophoblasten (ZTB), welche unter dem Synzytium liegen, transportiert werden. Es ist unbekannt, ob ZTB diesen epithelialen Fcg -Rezeptor nicht besitzen und daher den IgG Transport von den STB zu den Endothelzellen im ersten Trimester der Schwangerschaft verhindern. Andererseits könnte die hFcRn Expression in ZTB gering sein und im Laufe der Schwangerschaft, während der Differenzierung und Fusion von ZTB in STB, stimuliert werden. Diese zweite Hypothese wird von unseren kürzlich publizierten Daten unterstützt, welche gezeigt haben, daß hFcRn in einem höheren Ausmaß in reifen Plazetagawebe als in einer Trophoblasten-Zelllinie (BeWo Choriokarzinomzellen) expremiert wird. In der Ratte und Maus kann FcRn nur dann IgG binden und transportieren, wenn die schwere Kette des Rezeptors mit Beta-2-Mikroglobulin assoziiert ist. Auch humaner FcRn, welcher aus der Plazenta oder BeWo-Zellen isoliert wurde, ist mit Beta-2-Mikroglobulin assoziiert. Daten über die Lokalisation von Beta.-2- Mikroglobulin in plazentaren Villi sind allerdings kontroversiell. Weiters ist nicht bekannt, ob villöse STB Beta-2- Mikroglobulin synthetisieren oder möglicherweise aus dem Blut über unspezifische Endozytose aufnehmen. Das derart aufgenommene Beta-2-Mikroglobulin könnte dann mit der schweren Kette von hFcRn in intrazellulären Vesikeln assoziieren und somit einen funktionsfähigen Komplex bilden. Ob in Analogie zu Nagetieren auch im Menschen Beta-2-Mikroglobulin für die Synthese, den Transport zur Plasmamembran und den hFcRn-mediierten IgG Transport notwendig ist, wurde noch nicht gezeigt. Im beantragten Projekt soll daher die Expression von hFcRn in ZTB und STB von Plazenten des ersten und dritten Trimesters verglichen werden, um Hinweise zu erhalten, ob mehr Rezeptor in STB als in ZTB vorhanden ist und ob die Expression in beiden Zelltypen im Laufe der Schwangerschaft ansteigt. Die Bedeutung von Beta-2- Mikroglobulin für die Expression und Funktion von hFcRn soll durch Korrelation der Expression von hFcRn und Beta-2-Mikroglobulin mRNA und Protein mit Hilfe von in situ und in vitro Methoden ermittelt werden. Die Rolle von Beta-2-Mikroglobulin in der Biosynthese von hFcRn und dem IgG Transport soll in transfizierten Zelllinien untersucht werden, die kein endogenes hFeRn/Beta-2Mikroglobulin besitzen. Die klinische Bedeutung des transplazentaren IgG Transports umfaßt ein großes Spektrum, welches vom Infektionsschutz in utero bis zum Transfer von IgG, welches gegen fötale Antigene gerichtet ist, wie z. B. bei Rhesus-Unverträglichkeit oder bei Autoimmunerkrankungen der Mutter, reicht. Die Kenntnis des Mechanismus sowie des Rezeptors, welche den transplazentaren IgG Transport vermitteln, bildet somit die Grundlage für das Design neuer Vakzine und für IgG-mediiertes Drug-Targeting.

In diesem Projekt wurden die zellulären Mechanismen des Transportes von Immunglobulin G (IgG) durch die Plazenta untersucht. Das neugeborene Kind wird während der ersten Wochen nach der Geburt durch mütterliche Antikörper der IgG Klasse geschützt. Diese "passive Immunisierung" erfolgt bereits während der Schwangerschaft durch transplazentaren IgG Transport vom mütterlichen in den fötalen Kreislauf. Im Laufe der Schwangerschaft steigt die IgG Konzentration im fötalen Blut stetig an und ist zum Zeitpunkt der Geburt höher als jene im mütterlichen Blut. Dieser IgG Transport erfolgt transzellulär durch mehrere Zellschichten wahrscheinlich mitttels des spezifischen Transportproteins (IgG Fc-Rezeptor), hFcRn. Dieser Rezeptor kann nur dann IgG transportieren, wenn er mit dem Protein Beta2-Mikroglobulin (B2M) assoziiert ist (= funktioneller hFcRn). Wir konnten zeigen, dass funktioneller Rezeptor in der unreifen Plazenta in allen drei Zellschichten vorhanden ist, welche am transplazentaren Transport beteiligt sind: 1. In der äusseren, kontinuierlichen Schichte, die direkt in Kontakt mit dem mütterlichen Blut steht (Synzytiotrophoblast, STB), 2. der inneren Zellschicht (Zytotrophoblasten, ZTB) und den fötalen Blutgefässen (Endothelzellen). In der reifen Plazenta erfolgt der Transport nur über zwei Schichten (STB und Endothelzellen), welche beide den Rezeptor besitzen. Die Gesamtmenge an hFcRn ist in der unreifen und reifen Plazenta gleich gross. Das lässt darauf schliessen, dass die Zunahme des materno-fötalen IgG Transports während der Schangerschaft durch die grössere Oberfläche der 1. Zellschicht (STB) und die veränderte Morphologie des Gewebes ermöglicht wird. Ultrastrukturell konnten wir IgG und hFcRn/B2M in membranumhüllten Kompartimenten nachweisen, welche von der Plasmamembran stammten (= Endosomen) und die typischen Eigenschaften von Kompartimenten haben, welche an der zellulären Aufnahme (= Endozytose) und am transzellulären Transport (= Transzytose) beteiligt sind. IgG wird aus dem mütterlichen Blut durch unspezifische Endozytose aufgenommen, wodurch es in Endosomen gelangt, wo es an den Rezeptor hFcRn binden kann. Diese IgG-hFcRn-Komplexe werden danach sowohl zur anderen (fötalen) als auch zur selben Plamamembranseite (= rezirkuliert) transportiert. Aufgrunde der hohen mütterlichen IgG Konzentration (10-20 mg/ml) wird die grösste IgG Menge in Kompartimenten gefunden, welche den IgG Transport zu den Lysosomen vermitteln und somit zum IgG Abbau führen. Das bedeutet, dass alle Rezeptoren in STB gesättigt sind, wodurch IgG nicht nur intakt transzytiert und rezirkuliert sondern auch abgebaut wird. Die in diesem Projekt gewonnen Erkenntnisse und auch die etablierten Methoden und Zellkultursysteme können zur Untersuchungen der Transporteffizienz von Impfstoffen und Arzneimittel-gekoppelten IgGs zum Schutz und zur Bekämpfunge von Infektionen eingesetzt werden, wie z. B. durch "human immunodeficiency virus" (HIV) und Cytomegalovirus, Toxoplasmose oder Malaria.