Fetale Programmierung von Wildtyp-Nachkommen heterozygoter eNOS-Knockout-Mäuse: allgemeines Wachstumsverhalten und Entwicklung immunologischer Komponenten am Beispiel der Milz

Abstract

Einleitung: Verschiedene epidemiologische Studien beim Menschen haben gezeigt, dass beeinträchtigtes intrauterines Wachstum z. B. durch Unterernährung der Mutter und damit einhergehend ein niedriges Geburtsgewicht mit einer Reihe von Erkrankungen verschiedener physiologischer Systeme im späteren Leben korreliert. Hierzu gehören insbesondere Erkrankungen des Herz-Kreislauf- Systems wie Bluthochdruck und koronare Herzkrankheit, Arteriosklerose und Präeklampsie, sowie Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes mellitus Typ II, verminderte Glucosetoleranz, Insulinresistenz, Hyperlipidämie und Adipositas. Tierexperimentell kann dieses Ergebnis durch Studien an homozygoten eNOS- Knockout-Mäusen bestätigt werden. Jedoch ist bei diesen Studien keine eindeutige Zuordnung eines fetalen Phänotyps zum maternalen, paternalen oder fetalen Genotyp bezüglich des defizienten Allels möglich. Weiterhin existieren für die Programmierbarkeit des Immunsystems bei eNOS-Knockout-Mäusen kaum Daten. Diese Arbeit soll durch das experimentelle Studiendesign einen Beitrag zu einem besseren Verständnis der Grundlagen der fetalen Programmierung leisten. Methoden: In der Versuchskonstellation wurden eNOS+/- Mäuse jeweils mit einem WT-Partner verpaart. Von den Nachkommen wurden nur Tiere mit WT- Genostatus untersucht. Diese wurden in 3 Gruppen eingeteilt. Gruppe 1: Vater WT x Mutter WT, Gruppe 2: Vater WT x Mutter eNOS+/-, Gruppe 3: Vater eNOS+/- x Mutter WT. Somit sind eventuell. beobachtete Veränderungen unabhängig vom fetalen Genotyp und entweder auf den maternalen oder paternalen Genotyp zurückzuführen. Über 140 Tage wurde das Gewicht der Tiere erhoben und vom 1. bis 13. Lebenstag die Thoraxbreite und der BMI bestimmt. Nach 140 Tagen erfolgte die Tötung der Tiere und die Organentnahme. Zur systematischen Analyse eventueller Veränderungen im Immunsystem wurde die Milz histologisch und immunhistochemisch untersucht. Ergebnis: Bezüglich der biometrischen Daten und des Wachstumsverhaltens ergaben sich weitreiche, teilweise geschlechtsspezifische Unterschiede. Die Untersuchungen zum strukturellen Aufbau der Milz erbrachten keine signifikanten Unterschiede bezüglich der untersuchten Parameter. Diskussion: Die Unterschiede bezüglich der biometrischen Daten sprechen für eine fetale Programmierung im Sinne einer IUGR. Erklärbar ist dies durch ein verändertes intrauterines Milieu beim eNOS+/- Muttertier. Diese Programmierung scheint geschlechtsspezifisch zu sein, da die Weibchen nicht bzw. nicht in gleicher Form wie die Männchen betroffen sind. Weiterhin müssen epigenetische Mechanismen, bei denen es zu Modifizierungen der DNA ohne Sequenzveränderung kommt und die geschlechtsspezifisch paternal vererbt werden, hier in Betracht gezogen werden. Die Untersuchungen der Milz ergaben keine Hinweise auf eine eventuelle Programmierbarkeit des Organs und seiner zellulären Komponenten – dies kann jedoch nur bedingt auf das Immunsystem als Ganzes übertragen werden. Hierzu wäre eine Untersuchung mehrerer immunologischer Organe bzw. eine Funktionsdiagnostik zur Darstellung eines eventuellen Immundefizits vonnöten. Weiterhin können durch den Versuch keine Veränderungen durch Programmierung, die erst im späteren Leben auffällig werden, aufgezeigt werden. Weitere Versuche mit einer längeren Lebensspanne der Tiere wären hierzu nötig.

Introduction: Manifold epidemiological studies have shown that low birth weight and fetal deprivation are associated with disease in later life. This correlation has been shown especially for cardiovascular disease, arteriosclerosis, diabetes mellitus, hyperlipidaemia and obesity. On the experimental side studies with homocygous eNOS-knockout-mice could support these data. Unfortunately the existing experimental designs do not distinguish between fetal, maternal and paternal genotype. Moreover, the programming of the immune system of eNOS-knockout-mice has hardly been investigated yet. This study aims to provide data for a better understandig of the basic principles of fetal programming. Methods: In this study heterocygous eNOS-knockout-mice were crossed with wildtype mice. Only the wildtype offspring was included and divided into three groups referring to the cross. Group 1: Father WT x Mother WT, Group 2: Father WT x Mother eNOS+/-, Group 3: Father eNOS+/- x Mother WT. The study design allows the correlation of the fetal phenotype and maternal or paternal genotype. Biometric data was collected over 140 days. After 140 days the animals were killed and the organs were processed. For further analysis of the immune system the spleen was investigated with histological and immunohistochemical methods. Results: Biometric data and growth patterns showed significant and partially sex-dependent differences between the three groups. The histological and immunohistochemical analysis of the spleen showed no relevant differences concerning the investigated parameters. Discussion: The differences concerning the biometric data can be seen as a result of fetal programming. This can be explained by the modified uterine environment of the heterocygous eNOS-knockout-mouse. Moreover, paternal epigenetic mechanisms seem to play an important role as well. The programming effect seems to be sex-dependent because female animals are not affected in the same way as male animals. The investigation of the spleen did not show any programming effect referring to the immune system in this study constellation. These results can only partially stand for the immune system as a whole because only the cellular components of one organ were studied. Further research with immune function parameters and a longer span of life of the animals is needed.