Fetale Programmierung von Wildtyp-Nachkommen heterozygoter eNOS-defizienter Mäuse: Morphologische und funktionelle Veränderungen des endokrinen Pankreas

Abstract

Hintergrund: Zahlreiche Studien konnten einen Zusammenhang zwischen niedrigem Geburtsgewicht bzw. fetaler Deprivation und einer erhöhten Krankheitsveranlagung für diverse Erkrankungen im Erwachsenenalter darstellen. Im Sinne der Advanced Fetal Programming Hypothese stellt auch das mütterliche Genom eine wesentliche Determinante des fetalen Wachstums und damit des späteren Krankheitsrisikos dar. Mit dem der Arbeit zu Grunde liegenden standardisierten Tierversuch (Mausmodell) soll der Einfluss eines mütterlichen bzw. väterlichen heterozygoten eNOS-Knockout auf den Phänotyp der Wildtypnachkommen untersucht werden. Für das Experiment wurde ein eNOS- knockout gewählt, da die endotheliale NO-Synthase (eNOS) eine wesentliche Rolle bei der Ausbildung des plazentaren Gefäßbettes spielt und somit die maternale NO-Verfügbarkeit indirekt die Nährstoffversorgung des Feten moduliert. Methoden: In dem zugrunde liegenden Mausmodell wurden ausschließlich Wildtypnachkommen heterozygoter eNOS-Knockout Elterntiere 25 Wochen lang untersucht. Die Tiere wurden aufgrund des Genotyps ihrer Eltern in drei Gruppen eingeteilt: Gruppe 1: Vater WT / Mutter WT; Gruppe 2: Vater WT / Mutter eNOS+/- Gruppe 3: Vater eNOS +/- Mutter WT. Somit können phänotypische Unterschiede zwischen den Versuchstiergruppen auf den jeweiligen elterlichen Genotyp zurückgeführt werden. Es wurden die Geburtsgewichte, die Wachstumsverläufe, verschiedene Glukosestoffwechselparameter, die Organgewichte und die Blutdrücke erhoben. Nach 25 Wochen wurden die Tiere getötet und das endokrine Pankreas histologisch und immunhistologisch untersucht. Ergebnisse: Der maternale eNOS-Knockout führte bei den männlichen Wildtypnachkommen zu einem signifikant niedrigeren Geburtsgewicht und Körperlänge. Darüber hinaus, zeigten sie postnatales Aufholwachstum. Jenes führte im Wachstumsverlauf dazu, dass sie kurzzeitig sogar signifikant schwerer waren als die Tiere der Kontrollgruppe. Eine Tendenz zu einem höheren Körpergewicht im Vergleich zu den anderen beiden experimentellen Gruppen blieb bis zum Versuchsende bestehen jedoch bei fehlender Signifikanz. Der paternale eNOS-Knockout nahm keinen signifikanten Einfluss auf die Geburtsgewichte der Wildtypnachkommen. Im Wachstumsverlauf waren jedoch die Nachkommen fast durchgehend signifikant schwerer im Vergleich zu den anderen beiden experimentellen Gruppen. Der maternale eNOS-KO führte bei den Wildtypnachkommen zu einer signifikant höheren Insulinsensitivität in der 21 Versuchswoche. Der paternale eNOS-Knockout führte bei den Wildtypnachkommen zu einer signifikant erhöhten Insulinresistenz in der 21. Versuchswoche. Die Morphologie und Funktion des endokrinen Pankreas wurden weder durch den maternalen noch durch den paternalen eNOS-Knockout signifikant verändert. Schlussfolgerungen: Es konnte gezeigt werden, dass das mütterliche sowie das väterliche Genom im Sinne der Advanced Fetal Programming Hypothese Einfluss auf die phänotypische Ausprägung der Wildtypnachkommen nimmt. Vor allem bei den paternalen Programmierungseffekt steht die Epigenetik im Zentrum der Erklärungsansätze.

Background: Numerous studies have shown a link between low birth weight and fetal deprivation and an increased predisposition to various diseases in adulthood. The Advanced Fetal Programming Hypothesis proposes that the maternal genome a determinant of fetal growth and disease risk in adulthood. With the standardized animal experiments (mouse model) underlying the work is based, the influence of a maternal or paternal heterozygous eNOS-knockout on the phenotype of the wildtype offspring can be analyzed. For the experiment, an eNOS-knockout was chosen because the endothelial NO synthase plays an essential role in the formation of the placental vascular bed and thus indirectly modulate the NO availability of the nutrients the fetus. Methods: In the underlying mouse model only wild type offspring of heterozygous eNOS- knockout animals were studied for 25 weeks. The animals were divided into three groups on the basis of the genotype of their parents: Group 1: Father WT / WT mother; Group 2: WT Father / Mother eNOS + / - Group 3: Father eNOS + / - / WT mother. Thus phenotypic differences between the groups of animals on the respective parental genotype can be traced. The birth weights, growth patterns, different glucose metabolic parameters, organ weights, blood pressures were compared. After 25 weeks, the animals were killed and the endocrine pancreas examined histologically and immunohistochemically. Results: The maternal eNOS-knockout resulted in male wildtype offspring in a significantly lower birth weight and a significantly lower body length. The wildtype male offspring of the experimental group two (mother eNOS-KO/father WT) showed postnatal catch-up growth. This resulted in the growth curve to the fact that they were significantly heavier even briefly as the animals in the control group. The paternal eNOS knockout took no significant influence on the birth weights of the wild-type offspring. In the course of growth, however, the offspring were almost continuously significantly heavier compared to the other two experimental groups. The maternal eNOS-knockout resulted in the wildtype offspring in a significantly higher insulin sensitivity. The paternal eNOS-knockout resulted in the wildtype offspring in a significantly increased insulin resistance. The morphology and function of the endocrine pancreas were not significantly altered by the maternal or the paternal eNOS-knockout. Conclusions: It was shown that the maternal and the paternal genome in the sense of the Advanced Fetal Programming Hypothesis influence the phenotypic expression of the wildtype offspring. Especially in the paternal programming effect caused by the heterozygous eNOS-knockout epigenetics is at the center of explanations.