MTZ®-MPI-Award 2021 an Niraimathi Govindasamy

Am 26. November 2021 ehrt die MTZ®stiftung Niraimathi Govindasamy. Sie hat in der Forschungsgruppe von Dr. Ivan Bedzhov am Max-Planck-Institut (MPI) für molekulare Biomedizin bedeutsame Arbeiten über den zellulären Mechanismus des ersten Kontakts des Embryos mit dem mütterlichen Gefäßsystem und die Dynamik des Einnistungsprozesses veröffentlicht.
Seit 2009 ehrt die MTZ®stiftung jährlich junge Wissenschaftler am MPI für molekulare Biomedizin mit dem MTZ®-MPI-Award, der mit 2.500 Euro dotiert ist. Das Stifterehepaar Monika und Thomas Zimmermann möchte auf diese Weise junge Menschen auf ihrem Weg in der Forschung unterstützen.

Erster Kontakt - wie der Embryo mit den mütterlichen Blutgefäßen interagiert

Klinischen Berichten zufolge bricht fast die Hälfte aller menschlichen Schwangerschaften zum Zeitpunkt der Einnistung ab. Die zellulären Mechanismen der Einnistung und die Faktoren, die zu einem Schwangerschaftsabbruch führen, sind jedoch nur sehr unzureichend bekannt.

Der Einnistungsprozess vermittelt die ersten direkten Interaktionen zwischen dem Embryo und der Mutter. Spezialisierte Zellen des Mäuseembryos, die so genannten Trophoblasten-Riesenzellen (TGCs), dringen tief in das Gebärmuttergewebe ein und ermöglichen die Nährstoffaufnahme und den Gasaustausch mit der mütterlichen Umgebung. Das Stroma der Gebärmutter wiederum vermehrt sich rasch und umschließt den implantierten Embryo vollständig. Die Untersuchung des Einnistungsprozesses ist daher eine grundlegende Herausforderung, da der Embryo vom Gebärmuttergewebe verdeckt wird und seine Entwicklung von der mütterlichen Unterstützung abhängt.

Um dieses Hindernis zu überwinden, entwickelte Niraimathi Govindasamy, Doktorandin im Labor von Dr. Ivan Bedzhov, ein neuartiges 3D-Kultursystem, das auf synthetischen Hydrogelen basiert, die die biomechanischen Eigenschaften des mütterlichen Gewebes nachahmen. "Dieser Ansatz ermöglichte zum ersten Mal direkte Beobachtungen des Implantationsprozesses in vitro und zeigte, dass die TGCs, ähnlich wie bestimmte Krebsarten, invasive Stränge bilden, die in die Umgebung eindringen", sagt Niraimathi Govindasamy.

Da eine frühe Fehlgeburt durch eine unzureichende Blutzufuhr zur Einnistungsstelle verursacht werden kann, stellte sie die Frage, ob es eine Signalüberschneidung zwischen den eindringenden TGCs und dem mütterlichen Gefäßsystem gibt. In Zusammenarbeit mit Hongyan Long aus dem Labor von Dr. Britta Trappmann verwendete sie einen Mikrofluidik-Chip, um die Interaktionen zwischen dem Embryo und den Blutgefäßen zu modellieren. "Als wir die Embryonen neben den Endothelzellen kultivierten, die in den mikrofluidischen Kanälen des Chips platziert waren, sahen wir, dass die invasiven TGCs zu den Blutgefäßen wandern und direkte Zell-Zell-Kontakte bilden", sagt Nirai. "Das war wirklich faszinierend!"

Mit Hilfe von Dr. Hyun-Woo Jeong aus der Abteilung von Prof. Dr. Ralf Adams fand Nirai außerdem heraus, dass die TGCs die Expression typischer Gefäßgene wie VE-Cadherin, Dll4 und Pdgfr verstärken. "Wenn der Embryo in das mütterliche Gewebe eindringt, beginnen die TGCs mit der Expression von Zelloberflächenrezeptoren, Liganden und Adhäsionsmolekülen, ähnlich wie die nahe gelegenen Blutgefäße. Bei der weiteren Untersuchung dieses Prozesses stellte ich fest, dass der Pdgfr-Signalweg die Herstellung direkter Zell-Zell-Kontakte zwischen den TGCs und dem Gefäßsystem fördert", sagt sie. Da bereits früher gezeigt wurde, dass der Pdgfr-Signalweg die Rekrutierung von Perizyten an die Endothelzellen vermittelt, deuten Nirais Ergebnisse darauf hin, dass die TGCs diesen Weg nutzen, um die Endothelzellen der mütterlichen Blutgefäße zu lokalisieren. Folglich ermöglicht die Expression kompatibler Zelladhäsionsmoleküle in den TGCs und dem Gefäßsystem die Bildung heterologer Zell-Zell-Kontakte. Diese grundlegende Entdeckung hat auch eine potenzielle klinische Bedeutung, denn es hat sich gezeigt, dass die Behandlung der chronischen myeloischen Leukämie (CML) mit einem Pdgfr-Inhibitor das Risiko einer Fehlgeburt bei schwangeren Patientinnen erhöht.

Insgesamt hat die Arbeit von Nirai die verborgene Dynamik des Einnistungsprozesses aufgeklärt und den zellulären Mechanismus des ersten Kontakts des Embryos mit dem mütterlichen Gefäßsystem offengelegt. Obwohl die biomimetische 3D-Plattform für Mäuseembryonen optimiert wurde, kann sie als Blaupause für die künftige Entwicklung von Kulturumgebungen dienen, die die Embryonalentwicklung anderer Säugetierarten unterstützen und unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Embryo und Mutter weiter vertiefen.

Über Niraimathi Govindasamy

Niraimathi Govindasamy (32) erwarb ihren Master-Abschluss in Biotechnologie an der Bharathiyar University, Indien. Nach Abschluss ihres Studiums arbeitete sie vier Jahre lang als Junior Research Fellow am Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine (inStem) in Bangalore, Indien. Niraimathi Govindasamy wurde 2015 für das münstersche CiM/IMPRS-Promotionsprogramm rekrutiert. Seit 2016 arbeitet sie im Labor von Dr. Ivan Bedzhov, wo sie ihrer Leidenschaft für entwicklungs- und stammzellbiologische Forschung nachgeht.
Die Ergebnisse ihres Promotionsprojekts wurden kürzlich in einem Artikel in Developmental Cell veröffentlicht, bei dem Nirai Erstautorin ist. Während ihrer Arbeit im Labor von Ivan Bedzhov verfasste sie außerdem ein Buchkapitel in der Buchreihe Methods in Molecular Biology, einen Übersichtsartikel im International Journal of Developmental Biology und war Mitautorin einer Veröffentlichung in EMBO Reports. Ein Erstautorenbericht, in dem die schrittweise Methodik der biomimetischen 3D-Plattform beschrieben wird, ist in Vorbereitung, und zwei weitere Veröffentlichungen, an denen Nirai als Mitautorin mitwirkt, sind in Vorbereitung.