Wyniki ich badań wskazują na kluczową rolę pęcherzyków zewnątrzkomórkowych, czyli unikalnych nośników molekularnego ładunku, wydzielanych zarówno przez zarodek, jak i matkę.
Mechanizmy decydujące o prawidłowym utrzymaniu ciąży u różnych gatunków ssaków oraz proces komunikacji zarodka z matką (w jaki sposób przebiega i przy udziale jakich czynników) to tematy naukowych zainteresowań prof. Moniki Kaczmarek, która kieruje Laboratorium Biologii Molekularnej w Instytucie Rozrodu Zwierząt i Badań Żywności PAN w Olsztynie.
– We wczesnej ciąży, kiedy zarodek dociera do macicy, rozpoczyna się intensywna komunikacja między nimi. Wymiana sygnałów jest jednym z czynników decydujących o powodzeniu implantacji zarodka w ścianie macicy. Jak ten dialog przebiega? Zarodek wysyła sygnał: „jestem”, a macica „odpowiada” gotowością do przyjęcia zarodka i dostarczaniem niezbędnych do jego dalszego rozwoju czynników i składników odżywczych. Wiadomo, iż w ten „dialog” zaangażowane są setki cząsteczek, ale mimo zidentyfikowania wielu z nich pełne zrozumienie złożoności tego mechanizmu przez cały czas pozostaje zagadką – mówi prof. Monika Kaczmarek.
Zrozumienie procesu komunikacji między zarodkiem a matką pozwoli badaczom odpowiedzieć na pytania dotyczące przyczyn niepowodzeń ciąży, które mogą zależeć m.in. od wad genetycznych zarodków, braku gotowości macicy do przyjęcia zarodka (czyli receptywności macicy) czy zaburzeń wspomnianego dialogu.
Pożyteczne pęcherzyki
Badania zespołu prof. Moniki Kaczmarek dowiodły, iż wczesne etapy implantacji zarodka są regulowane przez wymianę pęcherzyków zewnątrzkomórkowych pomiędzy zarodkiem a endometrium (błoną śluzową wyściełającą jamę macicy). – Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EVs) są nanocząstkami pokrytymi błoną, wydzielanymi przez wszystkie typy komórek w organizmach żywych. W ostatnim czasie zdobyły uznanie jako istotny element komunikacji międzykomórkowej. Co więcej, w ciągu ostatniej dekady ich rola stała się szczególnie istotna w obszarze biologii rozrodu ssaków, przyciągając uwagę wielu zespołów naukowych i badaczy na całym świecie – opisuje badaczka.
W prowadzonych pracach wykorzystano model świni domowej (Sus scrofa), u której występuje wydłużony okres przedimplantacyjny, co ułatwia badanie dialogu między zarodkiem a matką. Naukowcy wyizolowali pęcherzyki zewnątrzkomórkowe z płynu macicznego pobranego w różnych dniach ciąży, a następnie potwierdzili ich udział w utrzymaniu tej kluczowej komunikacji.
– Wykazaliśmy, iż podczas wczesnej ciąży światło macicy obfituje w pęcherzyki zewnątrzkomórkowe, które przenoszą wiele cząsteczek miRNA zdolnych do kierunkowania ekspresji (procesu, podczas którego konkretna informacja genetyczna zostaje odkodowana i przekazana do „produkcji białka”) genów zaangażowanych w rozwój zarodka i organizmu. Pęcherzyki, po dostarczeniu do pierwotnych komórek trofoblastu, wpływają na geny regulujące rozwój, jak również sygnalizację i interakcje między komórkami, w konsekwencji wpływając na proliferację (zdolność komórek do namnażania), migrację i zdolności inwazyjne komórek trofoblastu – wyjaśnia prof. Monika Kaczmarek.
Na tej podstawie naukowcy wnioskują, iż wymiana unikalnej populacji pęcherzyków zewnątrzkomórkowych i ich molekularnego ładunku między zarodkiem a matką jest kluczem do sukcesu implantacji zarodka i powodzenia ciąży.
Wyniki powyższych badań zostały opublikowane w czasopiśmie „The FASEB Journal” (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35848638/). Stanowią one istotny element pracy doktorskiej dr Joanny Szuszkiewicz.
Badań ciąg dalszy
Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe to również temat kolejnych publikacji naukowych zespołu badaczy z IRZiBŻ PAN w Olsztynie, które właśnie ukazały się w czasopismach „Cell Communication and Signaling” (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37596609/) oraz „The FASEB Journal” (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37402070/). Wchodzą one w skład pracy doktorskiej mgr Marii Guzewskiej.
– Wykazaliśmy, iż synteza pęcherzyków zewnątrzkomórkowych w macicy jest zależna od sygnałów zarodkowych. Ponadto, pokazaliśmy, iż obecne w komórkach zarodka miRNA reguluje ekspresję genów, które determinują powstawanie konkretnej populacji EVs wydzielanych przez zarodek. To przełomowe odkrycie wskazuje na kluczową rolę zarodka i jego sygnałów w definiowaniu kolejnych etapów ciąży z udziałem pęcherzyków zewnątrzkomórkowych – podkreśla prof. Monika Kaczmarek.
