Effects of human anti-GluN1 antibodies on the offspring in a murine model of maternal antibody transfer

Abstract

Autoantibodies (AB) against the essential GluN1 subunit of the glutamatergic N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) are among commonly diagnosed neuronal AB also in healthy individuals creating a considerable subgroup of pregnant women potentially transferring these AB during pregnancy to their fetus. In this study, we established a murine model of maternal AB transfer in order to investigate the effects of human GluN1 AB on the development of the offspring. Therefore, 240 µg of patient-derived, monoclonal GluN1 AB or an isotype-matched non-reactive control (CTL) AB was injected into pregnant C57BL/6J dams at gestational days E13 and E17. Physiological, developmental and behavioral parameters in the offspring were investigated for AB-mediated effects at different developmental stages (E19, P0-P14, adulthood and old age). Indeed, GluN1 AB were enriched in neonatal circulation and brain parenchyma, leading to considerably reduced NMDAR densities (up to 49.2%) in early neonatal life and reducing amplitudes of spontaneous excitatory postsynaptic currents in acute slices. Exposure to GluN1 AB increased mortality (+27%) within the first postnatal days, impaired establishment of neonatal reflexes and reduced bodyweight during neonatal life and adolescence. AB interaction also caused profound changes persisting into adulthood as GluN1 AB-treated offspring displayed significantly decreased brain volumes (total brain, cerebral cortex, cerebellum, and brain stem) and had altered behavioral profiles of hyperactivity, reduced anxiety and impaired pre-pulse inhibition. This murine model proves the pathogenicity of maternally transferred GluN1 AB by causing developmental deficits in early life with long-lasting changes persisting into late adulthood. It might offer an explanation for various features of unclear developmental abnormalities also in humans and builds the basis for further evaluation of prevalence and relevance of GluN1 AB in pregnant women.

Autoantikörper (AK) gegen die essentielle Untereinheit GluN1 des glutamatergen N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptors (NMDAR) zählen zu den häufig diagnostizierten anti-neuronalen AK auch in der gesunden Bevölkerung. Damit besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass auch schwangere Frauen diesen AK tragen und ihn während der Schwangerschaft auf ihren Fötus über die Plazenta transferieren. Um das Potenzial dieser GluN1 AK zu evaluieren, entwickelten wir ein Mausmodell des maternalen GluN1-AK-Transfers. Dabei wurden je 240 μg eines humanen, monoklonalen GluN1-AK oder eines entsprechenden nicht-reaktiven Kontrollantikörpers in trächtige C57BL/6J Mäuse am 13. und 17. Tag der Trächtigkeit injiziert und die Auswirkungen auf die Nachkommen hinsichtlich Physiologie, Entwicklung und Verhalten zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihrer Entwicklung (E19, P0-P14, Erwachsenenalter und fortgeschrittenes Alter) untersucht. Dabei zeigte sich nicht nur, dass der AK in hoher Konzentration übertragen wurde, sondern sogar eine Anreicherung der AK im neonatalen Blutkreislauf und Hirngewebe erfolgte, was zur einer ausgeprägten Reduktion von NMDAR (bis zu 49,2%) führte und die Amplituden von spontanen exzitatorischen postsynaptischen Strömen verringerte. Zudem erhöhten GluN1-AK die Mortalität (+27%), verzögerten die Ausbildung neonataler Reflexe und verringerten das Körpergewicht der murinen Nachkommen bis zum Erwachsenenalter. Die von dem Muttertier übertragenen AK führten nicht nur zu Einschränkungen in der Postnatalphase der Nachkommen, sondern verursachten auch weitreichende Änderungen im Erwachsenenalter, da sie zu einer Reduktion der Hirnvolumina (Gesamthirnvolumen, zerebraler Cortex, Kleinhirn und Hirnstamm) und einem veränderten Verhaltensprofil mit Hyperaktivität, reduziertem Angstverhalten und Störungen des sensomotorischen Gatings führten. Mit diesem Tiermodell konnte die Pathogenität maternaler GluN1 AK nachgewiesen werden, die nicht nur die frühe Entwicklung der Nachkommen schädigten, sondern auch zu langanhaltenden Veränderungen bis ins Erwachsenenalter führten. Diese Arbeit bietet eine mögliche Erklärung für vielgestaltige entwicklungsbedingte Störungen beim Menschen und bildet die Basis für weitere Untersuchungen, um die Häufigkeit und die Relevanz von AK gegen GluN1 in schwangeren Frauen zu untersuchen.