Преэклампсия — опасное осложнение беременности, которое развивается в 2–8% случаев и является одной из ведущих причин смертности матери и ребенка. Заболевание начинает проявлять себя не сразу, поэтому его сложно вовремя диагностировать. У беременных повышается артериальное давление, в моче обнаруживается белок, могут начаться нарушения в работе органов. Особенно опасна ранняя форма преэклампсии, возникающая до 34-й недели беременности.
Несмотря на многолетние исследования, механизм развития заболевания не до конца понятен, но ученые полагают, что истоки нужно искать на этапе формирования плаценты. Изучать плаценту напрямую сложно из-за технических и этических ограничений, поэтому биологи используют клеточные модели и воспроизводят процессы в лабораторных условиях.
Гипоксия, нехватка кислорода в тканях плаценты, считается ключевым механизмом преэклампсии. 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. Работа опубликована в журнале Placenta.
Сначала ученые изучили реальные данные РНК-секвенирования единичных клеток плацент женщин с ранней и поздней преэклампсией, а также с нормальной беременностью. Это позволило посмотреть, какие именно клетки плаценты меняют свою активность при заболевании. Они сравнили разные типы клеток трофобласта — особых клеток эмбриона, из которых формируется плацента. Оказалось, что при ранней преэклампсии признаки гипоксии выражены сильнее всего. Особенно страдают клетки вневорсинчатого трофобласта, которые отвечают за перестройку сосудов матки при беременности.
Затем исследователи выделили девять генов, активность которых стабильно повышалась во всех типах клеток при преэклампсии, и получили своего рода молекулярный стандарт преэклампсии.
Чтобы понять, насколько этот стандарт воспроизводим в лабораторных условиях, исследователи сравнили два способа моделирования преэклампсии в модели плаценты-на-чипе на основе клеточной линии BeWo b30. Первый — традиционный способ индукции гипоксии с использованием хлорида кобальта. Второй — альтернативный, с применением производного оксихинолина. Оказалось, что второй воспроизводит молекулярную картину преэклампсии значительно точнее. В отличие от хлорида кобальта, который вызывал множество несвязанных изменений в клетке, препарат на основе производного оксихинолина запускал более специфический и физиологически близкий ответ.
«Мы хотели проверить, насколько лабораторная модель вообще похожа на настоящую преэклампсию. Это очень важно, поскольку мы не можем постоянно брать образцы плаценты у беременных, не можем экспериментировать на пациентках, да и вообще плацента — уникальный, сложный и очень изменчивый орган, — объясняет главный автор статьи, заведующий Лабораторией молекулярной физиологии НИУ ВШЭ Евгений Князев. — Мы показали, что широко используемая модель с хлоридом кобальта не всегда адекватно отражает процессы, происходящие в плаценте при преэклампсии. В ряде случаев она даже давала противоположные изменения активности ключевых генов».
Сравнение данных секвенирования и клеточной модели на чипе подтвердило ключевую роль гипоксии — именно она запускает изменения при ранней преэклампсии. Ученые смогли выявить возможные молекулярные факторы, участвующие в этом процессе. Особый интерес вызвали гены EBI3 и COL17A1, которые впервые были выявлены как универсальные маркеры плацентарного стресса. Кроме того, ученые обнаружили связанные с гипоксией микроРНК miR-27a-5p и miR-193b-5p, а также несколько изоформ, то есть нестандартных форм, молекулы микроРНК.
«Мы впервые провели такой подробный сопоставительный анализ реальных образцов пациенток и лабораторных моделей, благодаря чему получили “молекулярный отпечаток” ранней преэклампсии. Именно изменения в генах EBI3 и COL17A1, а также в некоторых молекулах микроРНК четко свидетельствуют о нарушениях в плаценте и могут рассматриваться как молекулярные маркеры заболевания», — подчеркивает Евгений Князев.
По мнению авторов, результаты работы могут быть полезны для разработки методов ранней диагностики преэклампсии, а более точная клеточная модель с использованием производных оксихинолина поможет надежнее выявлять новые биомаркеры заболевания и потенциальные терапевтические мишени.