Essential role of Phosphatidylinositol Glycan Anchor Biosynthesis Class L (Pigl) in regulating early placentation

Abstract

[ES] La placenta es un órgano vital y transitorio, esencial para permitir el intercambio de nutrientes y oxígeno entre la madre y el feto durante la gestación. Una placentación anormal se asocia a complicaciones durante el embarazo como la preeclampsia, la restricción del crecimiento fetal (FGR) y, en el peor de los casos, el aborto. A pesar de las diferencias morfológicas, las placentas de ratones y de humanos comparten el mismo tipo de placentación hemocorial, en la que las células del trofoblasto (el bloque celular que construye la placenta) entran en contacto directo con la sangre materna.

El uso del modelo de ratón para estudiar el desarrollo placentario ha desvelado gran parte de los mecanismos moleculares que regulan la placentación, debido a su homogeneidad genética, su fácil manipulación genómica y su discreta organización estructural. La placenta del ratón está compuesta por tres capas principales: 1) La región más externa corresponde a la decidua de origen materno. 2) La capa intermedia se conoce como la zona endocrina de unión, compuesta por células del espongiotrofoblasto, varios subtipos de células gigantes trofoblásticas (TGCs) y células glucogénicas. 3) Por último, la capa más interna se conoce como laberinto, donde se produce el intercambio de nutrientes, gases y residuos. Esta capa está formada por dos capas adyacentes de células sincitiotrofoblásticas (SynT-I y SynT-II) que surgen de la fusión de células trofoblásticas individuales.

La proteína "Phosphatidylinositol Glycan Anchor Biosynthesis Class L" (PIGL) es un componente esencial de la vía biosintética del glicosilfosfatidilinositol (GPI) que culmina en la generación del glicolípido GPI, el cual ancla muchas proteínas a la superficie celular. Anteriormente, se ha observado que los embriones de ratón KO para Pigl mueren a los 9.5 días de desarrollo embrionario (E9.5), siendo esta una etapa asociada a fallos en la placenta. En este estudio, investigamos la función molecular del gen Pigl en la regulación de la placentación temprana del ratón.

Para ello, hemos generado células madre trofoblásticas (mTSCs) KO de ratón para Pigl, utilizando la tecnología CRISPR-Cas9, para examinar la capacidad de autorrenovación y diferenciación trofoblástica. A continuación, hemos realizado experimentos de diferenciación a lo largo del tiempo para descubrir que los genes relacionados con el proceso de sincitialización laberíntica eran los más afectados en ausencia de Pigl.

Además, el análisis histológico de las placentas control a E9.5 en comparación con las placentas KO para Pigl, reveló no sólo una ausencia de invaginaciones de vasos sanguíneos fetales, sino también una estructura indiferenciada en el corion de los mutantes Pigl-/-. Además, los análisis de inmunotinción para CDH1, LAMININA, MCT1 y MCT4, mostraron una morfología ramificada subdesarrollada en el área del laberinto para las placentas KO, en comparación con sus homólogas control. En conjunto, nuestros datos indican que PIGL desempeña un papel esencial en la regulación de la formación temprana del laberinto.

Hasta donde sabemos, la función específica de Pigl durante la placentación todavía no había sido estudiada, lo que supone un importante avance en la comprensión de los mecanismos moleculares que controlan el desarrollo placentario, y de cómo éstos afectan directamente al feto.

[EN] The placenta is a transient and vital organ, essential for allowing the exchange of nutrients and oxygen between the mother and the fetus during gestation. Abnormal placentation is associated with pregnancy complications, such as preeclampsia, fetal growth restriction (FGR) and at worst, miscarriage. Despite differences in morphology, mouse and human placentae share the same type of haemochorial placentation, in which trophoblast cells (the building cell block of the placenta) are directly in contact with maternal blood.

The use of the mouse model to study placental development has provided a tremendous insight into the molecular mechanisms regulating placentation, due to its genetic homogeneity, easy genomic manipulation, and discrete structural organization. The mouse placenta is composed by three main layers: 1) The outermost region corresponds to the maternally derived decidua. 2) The middle layer is known as the junctional endocrine zone, composed by spongiotrophoblast cells, several trophoblast giant cells (TGCs) subtypes and glycogen cells. 3) And finally, the innermost layer is known as the labyrinth, where the exchange of nutrients, gases and waste takes place. This layer consists of two adjacent syncytiotrophoblast cell layers (SynT-I and SynT-II) arising from the fusion of individual trophoblast cells.

¿Phosphatidylinositol Glycan Anchor Biosynthesis Class L¿ (PIGL) protein is an essential component of the glycosylphosphatidylinositol (GPI) biosynthetic pathway that culminates in the generation of the GPI glycolipid, which anchors many proteins to the cell surface. Previously, it has been reported that Pigl KO mouse embryos die at day 9.5 of embryonic development (E.9.5), which is a time window associated with placental failure. In this study, we investigate the molecular function of Pigl gene in regulating early mouse placentation.

For this purpose, we generated Pigl KO mouse trophoblast stem cells (mTSCs) by using CRISPR-Cas9 technology to examine self-renewal and trophoblast differentiation capacity. Then, we performed time-course differentiation experiments to found out that the genes related to the labyrinthine syncytialization process were the most affected ones in the absence of Pigl.

Moreover, the histological analysis of E9.5 wild type (WT) placentas compared to Pigl KO placentas revealed not only an absence of fetal blood vessels invaginations, but also an undifferentiated chorion structure in the Pigl-/- mutants. In addition, CDH1, LAMININ, MCT1, MCT4 immunostaining analysis showed an underdeveloped branching morphology in the labyrinth area for the Pigl KO placentas compared to control counterparts. Altogether, our data indicates that PIGL plays an essential role in the regulation of early labyrinth formation.

To the best of our knowledge, the specific Pigl function during placentation had not yet been studied, and this is an important advance in understanding the molecular mechanisms of placental development and how these directly affect the fetus.