Delar av fostret och moderkakan. Kredit:Ionel Sandovici
Cambridge-forskare har identifierat en nyckelsignal som fostret använder för att kontrollera sin tillförsel av näringsämnen från moderkakan, vilket avslöjar en dragkamp mellan gener som ärvts från fadern och från modern. Studien, utförd på möss, kan hjälpa till att förklara varför vissa barn växer dåligt i livmodern.
När fostret växer måste det kommunicera sitt ökande behov av mat till modern. Den får sin näring via blodkärl i moderkakan, ett specialiserat organ som innehåller celler från både bebis och mamma.
Mellan 10 % och 15 % av barnen växer dåligt i livmodern, och visar ofta minskad tillväxt av blodkärl i moderkakan. Hos människor expanderar dessa blodkärl dramatiskt mellan mitten och sen dräktighet och når en total längd på cirka 320 kilometer vid terminen.
I en studie publicerad idag (27 december 2021) i Developmental Cell , ett team som leds av forskare vid University of Cambridge använde genetiskt modifierade möss för att visa hur fostret producerar en signal för att uppmuntra tillväxt av blodkärl i placentan. Denna signal orsakar också modifieringar av andra celler i moderkakan så att mer näringsämnen från modern kan gå vidare till fostret.
Dr. Ionel Sandovici, tidningens första författare, sa:"När det växer i livmodern behöver fostret mat från sin mamma, och friska blodkärl i moderkakan är avgörande för att hjälpa det att få rätt mängd näringsämnen det behöver.
"Vi har identifierat ett sätt som fostret använder för att kommunicera med moderkakan för att få rätt expansion av dessa blodkärl. När denna kommunikation går sönder utvecklas inte blodkärlen ordentligt och bebisen kommer att kämpa för att få all mat den behöver.”
Teamet fann att fostret skickar en signal som kallas IGF2 som når moderkakan genom navelsträngen. Hos människor ökar nivåerna av IGF2 i navelsträngen progressivt mellan 29 veckors graviditet och termin:för mycket IGF2 är förknippat med för mycket tillväxt, medan inte tillräckligt med IGF2 är förknippat med för lite tillväxt. Bebisar som är för stora eller för små är mer benägna att lida eller till och med dö vid födseln och har en högre risk att utveckla diabetes och hjärtproblem som vuxna.
Dr. Sandovici tillade:"Vi har vetat under en tid att IGF2 främjar tillväxten av de organ där det produceras. I den här studien har vi visat att IGF2 också fungerar som ett klassiskt hormon – det produceras av fostret, går in i fostrets blod, genom navelsträngen och till moderkakan, där det verkar.”
Särskilt intressant är vad deras fynd avslöjar om tumlet som äger rum i livmodern.
Hos möss medieras svaret på IGF2 i placentans blodkärl av ett annat protein, som kallas IGF2R. De två generna som producerar IGF2 och IGF2R är "intryckta" - en process genom vilken molekylära switchar på generna identifierar deras föräldraursprung och kan slå på eller stänga av generna. I det här fallet, endast kopian av igf2 gen som ärvts från fadern är aktiv, medan endast kopian av igf2r ärvt från modern är aktiv.
Huvudförfattaren Dr. Miguel Constância sa:"En teori om inpräntade gener är att gener som uttrycks av fadern är giriga och själviska. De vill ta ut så mycket resurser som möjligt från mamman. Men moderligt uttryckta gener fungerar som motåtgärder för att balansera dessa krav.”
"I vår studie driver faderns gen fostrets krav på större blodkärl och mer näringsämnen, medan moderns gen i moderkakan försöker kontrollera hur mycket näring hon ger. Det pågår en dragkamp, en kamp mellan könen på nivån av genomet.”
Teamet säger att deras resultat kommer att möjliggöra en bättre förståelse av hur fostret, moderkakan och mamman kommunicerar med varandra under graviditeten. Detta kan i sin tur leda till sätt att mäta nivåer av IGF2 hos fostret och hitta sätt att använda medicin för att normalisera dessa nivåer eller främja normal utveckling av placentakärl.
Forskarna använde möss, eftersom det är möjligt att manipulera deras gener för att efterlikna olika utvecklingsförhållanden. Detta gör det möjligt för dem att i detalj studera de olika mekanismerna som äger rum. Fysiologin och biologin hos möss har många likheter med människors, vilket gör att forskare kan modellera mänsklig graviditet för att förstå det bättre.
Referens:"The Imprinted Igf2-Igf2r Axis is Critical for Matching Placental Microvasculature Expansion to Fetal Growth” av Ionel Sandovici, Aikaterini Georgopoulou, Vicente Pérez-García, Antonia Hufnagel, Jorge López-Tello, Brian Y.H.Lam, Samira N.Schiefer, Chelsea Gauarmadreau, Fáti Giles S.H.Yeo, Keith Burling, Moritz Reiterer, Abigail L.Fowden, Graham J.Burton, Cristina M.Branco, Amanda N.Sferruzzi-Perri och Miguel Constância,
, 27 december 2021, Developmental Cell .
DOI:10.1016/j.devcel.2021.12.005
De ledande forskarna är baserade på Institutionen för obstetrik och gynekologi, Medical Research Council Metabolic Diseases Unit, en del av Wellcome-MRC Institute of Metabolic Science, och Center for Trophoblast Research, alla vid University of Cambridge.
Forskningen finansierades till stor del av Biotechnology and Biological Sciences Research Council, Medical Research Council, Wellcome Trust och Center for Trophoblast Research.
