Effects of maternal dexamethasone treatment early in pregnancy on glucocorticoid receptors in the ovine placenta

Abstract

In sheep, binucleate cells (BNC) promote fetal growth and are associated with the level of endogenous cortisol. Regulation of the BNC function may be possible via glucocorticoid receptors (GR), and maternal exposure to dexamethasone (DEX) in early pregnancy in early stages of placental development might modify this response. We therefore investigated the expression of GR and its major isoforms as a determinant of these responses. Pregnant ewes carrying singleton fetuses (n=119) were randomized to control (2 ml saline/ewe) or DEX-treated groups (i.m. injections of 0.14 mg/kg ewe weight per 12 h) at 40–41 days of gestation (dG). Placental tissue was collected at 50, 100, 125, 140dG. Sex-specific differences were found. Only in females, total glucocorticoid receptor protein (GRt) at 50 and 125dG was increased significantly after DEX treatment. In males, GRt protein levels were significantly decreased at 125dG as compared to controls. GRα protein levels were not changed after DEX treatment in either males or females. Three BNC phenotypes were identified with respect to GRα nuclear staining: BNCs with two GRα positive stained nuclei (++), BNCs lacking any GRα staining in the nuclei (- -) and BNCs with one positive and one negative stained GRα nucleus (+-). At 140dG, early DEX treatment significantly increased the proportion of (++) and decreased (--) GRα-BNC as compared to controls. Those effects were sex- and cell type-dependent, indicating the potential of modifying the responsiveness of the placenta to alterations of endogenous cortisol. We propose, according to our findings, that 3 maturational stages of BNCs exist. The overall activity of BNCs is determined by the distribution of these 3 cell types and may become altered through early pregnancy exposure to maternal DEX.

Die Wirkungen von endogenem Kortisol auf die binukleären Zellen (BNC) in der Schafsplazenta, welche für das fetale Wachstum verantwortlich sind, könnten durch Glukokortikoiden Rezeptoren (GR) vermittelt werden und eine antenatale Dexamethason (DEX) Exposition zu Beginn der Plazentaentwicklung, könnte diese Rezeptor vermittelte Wirkung beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit haben die Expression von GR als Determinante dieser Wirkungen untersucht. Trächtige Schafe mit Einlingsschwangerschaften (n = 119) wurden entsprechend in Kontrollen (2 ml Kochsalzlösung / kg Körpergewicht des Mutterschafs) und DEX (4 Injektionen von 0,14 mg / kg Körpergewicht des Mutterschafs alle 12 hrs) behandelte Tiere randomisiert. Die antenatale Behandlung wurde an den Tagen 40-41 in der Schafsschwangerschaft durchgeführt. Plazentagewebe wurde bei an den Tagen 50, 100, 125, 140 gesammelt. Die DEX Behandlung führte lediglich bei den weiblichen Feten an den Tagen 50 und 125, im Vergleich zu den Kontrollplazenten, zu einer signifikanten Zunahme der plazentaren GR- Proteinmenge (GRt). Bei den männlichen Feten zeigte sich hingegen am Tag 125 eine signifikant verringerte GR-Proteinmenge (GRt). Die plazentare GR- Proteinmenge der Isoform GRα war sowohl bei den weiblichen als auch männlichen Feten nach der DEX-Behandlung unverändert. Drei unterschiedliche Phänotypen von BNC konnten anhand spezifischer GRα-Kernfärbemuster identifiziert: BNC mit zwei für GRα positiv gefärbten Zellkernen (++), BNC ohne spezifische GRα Zellkernfärbung (- -) und BNC mit einem für GRα positiv gefärbten Zellkern und einem nicht angefärbten Zellkern (+-). DEX erhöhte hierbei signifikant am Tag 140 den Anteil (++) und verringerte den Anteil an (- -) BNC im Vergleich zu den Kontrollen. Die Effekte waren geschlechtsspezifisch und BNC-Zelltyp abhängig und beeinträchtigten die Reaktionsfähigkeit der Plazenta auf endogenes Kortisol. Wir vermuten, dass entsprechend den GRα-Färbemustern 3 Reifungsstadien von BNC existieren und die Gesamtaktivität von BNC durch die Verteilung dieser 3 Zelltypen bestimmt wird, welche möglicherweise durch eine Exposition gegenüber maternaler DEX Therapie in der Frühschwangerschaft verändert wird.