Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Blastozyste“

Das Corpus Luteum ist eine «Drüse auf Zeit», deren Hauptaufgabe in der Synthese und Sekretion von Progesteron besteht, das zur endometrialen Rezeption eines Embryos durch sekretorische Umwandlung bzw. zur Erhaltung der Schwangerschaft unabdingbar ist. Der eigentliche Stimulus zur Bildung bzw. zum Erhalt des Corpus Luteum nach erfolgter Ovulation, ist der mittzyklische Anstieg der LH-Ausschüttung durch die Hypophyse, gefolgt von einem pulsatilen Sekretionsmuster. Durch diesen Stimulus bzw. den Einfluss angiogenetischer Faktoren wie z.B. VEGF erfolgt eine Umwandlung der Theka- bzw. Granulosazellen in Luteinzellen, die stark proliferieren und rasch vaskularisiert werden. Mit diesem ausgeprägten Gefäßanschluss sind die lutealen Zellen in der Lage, LDL-Cholesterol als Substrat für die Steroidbiosynthese aufzunehmen und durch die Aktivierung verschiedener Enzymsysteme schließlich Progesteron zu bilden und zu sekretieren. Tritt in einem Zyklus keine Schwangerschaft ein, so kommt es nach etwa 14 Tagen zur Luteolyse, die vermutlich eng mit der Ausschüttung von PGF2a verbunden ist. Dieses Prostaglandin reduziert zum einen den «lutealen» Blutfluss, als auch die Anzahl bzw. Syntheseleistung der lutealen Zellen und führt schließlich über apoptotische Vorgänge zur bindegewebigen Regression des Corpus Luteum. Kommt es jedoch im Zyklus zu einer Schwangerschaft, so übernimmt das von der Blastozyste bzw. dem Trophoblasten sezernierte hCG die weitere Stimulation des nun als Corpus Luteum gravidate bezeichneten «Organs», welches den Erhalt der Schwangerschaft durch die Biosynthese verschiedener Steroide bzw. Proteine (Progesteron, Östradiol, Relaxin, etc.) bis zur vollständigen Übernahme durch die Plazenta in der 8/9 Schwangerschaftswoche gewährleistet.

Stammzellen sind somatische Zellen mit unterschiedlichem Proliferations- und Differenzierungspotenzial. Embryonale Stammzellen (ESC) sind toti- oder pluripotent und werden aus humanen Blastozysten gewonnen. Vor kurzem ist es gelungen durch Zellkerntransfer von Patientenzellen ESC für den individuellen Zell- bzw. Gewebeersatz herzustellen. Adulte Stammzellen (ASC) sind multipotent und werden postnatal gewonnen. ASC finden sich im peripheren Blut sowie in zahlreichen Geweben bzw. Organen und können für therapeutische Zwecke in vitro zu einer Vielzahl von Zelltypen und Geweben differenzieren («tissue engineering»). Wie erste klinische Beispiele zeigen, haben embryonale und adulte Stammzellen ein enormes therapeutisches Potenzial. Vor der routinemässigen Anwendung beim Menschen sind jedoch noch zahlreiche technische Fragen, Probleme der biologischen Sicherheit und ethische Aspekte zu klären bzw. zu berücksichtigen sowie der therapeutische Nutzen durch qualifizierte klinische Studien zu demonstrieren.

Zusammenfassung Wir berichten über die Erfahrungen unseres PID-Zentrums bei der Präimplantationsdiagnostik (PID) für 149 Familien mit hohem Risiko für eine monogene Erkrankung bei den Nachkommen und die Ergebnisse aus 316 PID-Zyklen. Seit 2001 wurden bei uns insgesamt 251 Diagnostikzyklen mittels Polkörperdiagnostik (PKD) durchgeführt. Nach der Zulassung unserer Gruppe als PID-Zentrum im Juni 2015 haben wir inzwischen für 45 Familien insgesamt 65 Trophektoderm-Diagnostikzyklen (TED) nach Trophektoderm (TE)-Biopsie durchgeführt (1,4/Familie). Unsere vorläufigen Daten bestätigen eine hohe Diagnoseeffizienz beider Verfahren mit Verdopplung der klinischen Schwangerschaftsrate pro Transfer nach TED auf 48,2 % verglichen mit 22,9 % nach PKD. Bei einer durchschnittlichen Rate von 4,3 verfügbaren Blastozysten pro TED-Zyklus ist die Rate von Zyklen ohne transferierbare Embryonen mit 27,7 % (für 6/45 Familien = 13,3 %) erwartungsgemäß höher als bei der PKD (14,7 %) für durchschnittlich 8 Eizellen pro Zyklus mit erfolgreicher Biopsie beider Polkörper. Schon mit dem ersten Transfer konnte jedoch nach TED für 55,3 % der Paare eine klinische Schwangerschaft erreicht werden. Insgesamt ermöglichte die TED kumulativ nach durchschnittlich 1,4 Transferen eine klinische Schwangerschaft für 68,5 % der Familien mit Transfer und insgesamt eine schonendere Behandlung mit weniger TED-Zyklen (PKD: kumulativ 40,3 % nach 2,3 Transferen), weniger Hormonstimulationen und entsprechend auch geringeren Kosten. Insbesondere die Subgruppe der weiblichen Überträgerinnen von Repeaterkrankungen mit insgesamt niedrigeren Erfolgschancen scheint nach unseren vorläufigen Daten von der TED zu profitieren.

Präzise regulierte Genexpression, ist der Schlüssel zu erfolgreicher Embryonal-entwicklung. Die Expression von Zelltyp-spezifischen Transkriptionsfaktoren kann durch räumliche Interaktionen von Promotoren und Enhancern im Nukleus kontrolliert werden, aber auch durch 3D Faltung der DNA in größere organisatorische Einheiten wie “Topologically Associating Domains” (TADs) oder “A/B compartments”. Um die 3D Faltung in den Zelltypen des prä-implantations Embryos zu untersuchen, nutze ich ES und XEN Zellen, die stark dem Epiblast und dem primitiven Endoderm in der inneren Zellmasse des E4.5 Embryos ähneln. Um den Zusammenhang zwischen 3D DNA Faltung und zellulärer Identität zu erforschen, habe ich GAM, ATAC-seq und RNA-seq Daten von ES und XEN Zellen produziert. Um die Genom-Architektur im Embryo zu untersuchen, habe ich außerdem die GAM Methode an den Mausembryo angepasst und kann dadurch erstmals genomweit DNA-Faltung in den spezifischen Zelltypen der inneren Zellmasse des prä-implantations Embryos zeigen. ES und XEN Zellen zeigen viele differentiell exprimierte Gene, sowie starke Veränderungen in der Chromatin-Organisation, beispielweise in der Bildung von reprimierten Chromatinnetzwerken in ESCs, die wichtige XEN Gene wie Gata6 und Lama1 enthalten, während diese nicht aktiv sind. XEN-spezifische Genexpression ist oft mit der Präsenz von XEN-spezifischen “TAD boundaries” gekoppelt. Der Sox2 Locus zeigt eine ESC-spezifische Organisation mit aktiven Genen, und Regionen die von den Transkriptionsfaktoren SOX2, NANOG und OCT4 gebunden sind. Die starke Reorganisation der Genom-Architektur in wichtigen Loci wie Gata6 und Sox2 konnte ich mit in vivo GAM Daten bestätigen und finde ähnliche Unterschiede zwischen den beiden Zelltypen der inneren Zellmasse wie im in vitro Model. Diese Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, Zelltypen getrennt zu untersuchen und, dass eine Verbindung zwischen zellulärer Identität und der Faltung des Genoms in der Embryonalentwicklung besteht.
Tightly controlled gene regulation is key to functional metazoan embryonic development. The expression of cell-fate determining transcription factors orchestrates the establishment of the various lineages of the embryo. Gene expression is often regulated via specific chromatin organisation. To investigate cell type-specific differences in chromatin folding in early embryonic development, I used in vitro models of the two distinct cell populations in the blastocyst ICM. In mouse ES and XEN cells, I mapped 3D genome conformation using Genome Architecture Mapping (GAM), chromatin accessibility using ATAC-seq, and gene expression using total RNA-seq. To enable the mapping of 3D genome folding directly in the blastocyst ICM, I adapted GAM for cell type-specific selection of nuclei, by integrating immunofluorescence detection of markers, and generated the first genome-wide chromatin contact maps that distinguish ICM cell types. I report that the ES and XEN cell lineages undergo abundant large scale rearrangements of genome architecture and exhibit high numbers of differentially expressed genes. For example, extra-embryonic endoderm genes, such as Lama1 and Gata6, form silent hubs in ESCs, potentially connecting maintenance of pluripotency to 3D structure of the genome. Further, I show that the expression of XEN cell-specific genes relates to the formation of XEN cell-specific TAD boundaries. Chromatin contacts at the Sox2 locus exhibit an ESC-specific organisation around binding of pluripotency transcription factors OCT4, NANOG and SOX2, into hubs of high gene activity. The observations detected in in vitro models, were investigated in smaller GAM datasets produced using the in vivo counterparts in the ICM. Overall, in vivo data confirmed the high degree of chromatin rearrangement among the two cell types, specifically in loci of lineage driving genes. The findings from in vivo data further underscore the connection of genome topology and cellular identity.