Russian Journal of GeneticsRussian Journal of GeneticsГенетика0016-67583034-5103The Russian Academy of Sciences66702710.31857/S0016675823120135QERSXDГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКАTranscriptomic Profiling of Placental Cells in Preeclampsia as an Effective Tool for Personalized MedicineТранскриптомное исследование клеток плаценты при преэклампсии как эффективный инструмент персонализированной медициныTrifonovaE. A.ТрифоноваЕ. А.ekaterina-trifonova@medgenetics.ruBabovskayaA. A.БабовскаяА. А.ekaterina-trifonova@medgenetics.ruZarubinA. A.ЗарубинА. А.ekaterina-trifonova@medgenetics.ruSerebrovaV. N.СереброваВ. Н.ekaterina-trifonova@medgenetics.ruGavrilenkoM. M.ГавриленкоМ. М.ekaterina-trifonova@medgenetics.ruSvarovskayaM. G.СваровскаяМ. Г.ekaterina-trifonova@medgenetics.ruIzhoykinaE. V.ИжойкинаЕ. В.ekaterina-trifonova@medgenetics.ruKutsenkoI. G.КуценкоИ. Г.ekaterina-trifonova@medgenetics.ruStepanovV. A.СтепановВ. А.ekaterina-trifonova@medgenetics.ruResearch Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical CenterНаучно-исследовательский институт медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центраSiberian State Medical UniversityСибирский государственный медицинский университет0112202359121427143926022025Copyright ©; 2023, Е.А. Трифонова, А.А. Бабовская, А.А. Зарубин, В.Н. Сереброва, М.М. Гавриленко, М.Г. Сваровская, Е.В. Ижойкина, И.Г. Куценко, В.А. СтепановCopyright ©; 2023, Е.А. Трифонова, А.А. Бабовская, А.А. Зарубин, В.Н. Сереброва, М.М. Гавриленко, М.Г. Сваровская, Е.В. Ижойкина, И.Г. Куценко, В.А. Степанов2023Е.А. Трифонова, А.А. Бабовская, А.А. Зарубин, В.Н. Сереброва, М.М. Гавриленко, М.Г. Сваровская, Е.В. Ижойкина, И.Г. Куценко, В.А. СтепановЕ.А. Трифонова, А.А. Бабовская, А.А. Зарубин, В.Н. Сереброва, М.М. Гавриленко, М.Г. Сваровская, Е.В. Ижойкина, И.Г. Куценко, В.А. Степановhttps://transsyst.ru/0016-6758/article/view/667027

At present transcriptomics is one of the fastest developing fields of molecular biology, which allows to obtain detailed information about the functional activity of the genome both in normal and pathological conditions. We used modern transcriptomic technologies to comprehensively characterize the whole genome gene expression profile of human placental syncytiotrophoblast cells (STB) in physiological pregnancy and preeclampsia (PE). As a result of our analysis, we identified 26 differentially expressed genes (DEGs) in the STB cells between healthy and diseased states. The cluster of DEGs contains not only well-known candidate genes identified earlier in many foreign whole genome studies of the placenta (for example, LEP, INHBA and FLT1), but also new genes (AC098613.1, AC087857.1, FCRLB, TENM4, PTP4A1P7, LINC01225, etc.) that can be considered as new biological markers of PE and are of interest for further study. Functional enrichment annotation indicated that most of the DEGs were implicated in the signaling pathways of regulation of hormonal secretion, MAPK cascade, ERK1 and ERK2 cascade, positive regulation of cell adhesion and proliferation of endothelial cells. These processes may be associated with the development of PE at the STB cells level. Additionally, we revealed that alternative splicing of the FLT1 gene indicate the important role of this RNA processing mechanism in the pathogenetics of PE due to a significant increase in the transcriptional diversity of genes in STB cells. The expression level of the transcript encoding the protein isoform FLT-1 e15a was significantly increased in patients with PE compared to the control group. This study expands understanding of the molecular mechanisms involved in PE and can serve as a basis for developing of preventive, prognostic and therapeutic strategies in the field of personalized obstetrics.

На сегодняшний день транскриптомика – одна из самых быстро развивающихся областей молекулярной биологии, позволяющая получить детальную информацию о функциональной активности генома как в норме, так и при патологии. В представленной работе мы использовали современные транскриптомные технологии для всесторонней характеристики полногеномного профиля экспрессии генов клеток синцитиотрофобласта (СТБ) плаценты человека при физиологической и осложненной преэклампсией (ПЭ) беременности. В результате проведенного нами анализа выявлены 26 генов, экспрессия которых статистически значимо различается в клетках СТБ женщин с ПЭ и физиологическим течением беременности. Кластер дифференциально-экспрессирующихся генов (ДЭГ) содержит не только известные гены-кандидаты, выявленные ранее во многих зарубежных полногеномных исследованиях плаценты (к примеру, LEP, INHBA и FLT1), но и новые гены (AC098613.1, AC087857.1, FCRLB, TENM4, PTP4A1P7, LINC01225 и др.), которые могут рассматриваться в качестве новых биологических маркеров ПЭ и представляют интерес для дальнейшего изучения. Результаты функциональной аннотации ДЭГ показывают, что с развитием ПЭ на уровне СТБ могут быть связаны сигнальные пути регуляции гормональной секреции, MAPK-каскада, ERK1 и ERK2 каскада, положительной регуляции клеточной адгезии и пролиферации эндотелиальных клеток. Полученные результаты анализа альтернативного сплайсинга гена FLT1 свидетельствуют о важной роли в патогенетике ПЭ данного механизма процессинга РНК за счет существенного увеличения транскрипционного разнообразия генов в клетках СТБ. Уровень экспрессии транскрипта, кодирующего белковую изоформу FLT-1 e15a, был значительно повышен у пациенток с ПЭ по сравнению с контрольной группой. Это исследование расширяет представление о задействованных в ПЭ молекулярных механизмах и может служить основой для разработки профилактических, прогностических и терапевтических стратегий в области персонифицированного акушерства.

whole transcriptome sequencingplacentasyncytiotrophoblastgenesFlt-1alternative splicingMAPK cascade.полнотранскриптомное секвенированиеплацентасинцитиотрофобластгенsFlt-1альтернативный сплайсингMAPK-каскад.Gong S., Gaccioli F., Dopierala J. et al. The RNA landscape of the human placenta in health and disease // Nat. Communications. 2021. V. 12. № 1. P. 2639. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22695-yDimitriadis E., Rolnik D.L., Zhou W. et al. Pre-eclampsia // Nat. Reviews Disease Primers. 2023. V. 9. № 1. P. 8. https://doi.org/10.1038/s41572-023-00417-6Verlohren S., Brennecke S.P., Galindo A. et al. Clinical interpretation and implementation of the sFlt-1/PlGF ratio in the prediction, diagnosis and management of preeclampsia // Pregnancy Hypertension. 2022. V. 27. P. 42–50. https://doi.org/10.1016/j.preghy.2021.12.003Jena M.K., Sharma N.R., Petitt M. et al. Pathogenesis of preeclampsia and therapeutic approaches targeting the placenta // Biomolecules. 2020. V. 10. № 6. P. 953. https://doi.org/10.3390/biom10060953Redman C.W.G., Staff A.C., Roberts J.M. Syncytiotrophoblast stress in preeclampsia: the convergence point for multiple pathways // Am. J. Obstetrics and Gynecology. 2022. V. 226. № 2. P. S907–S927. https://doi.org/10.1016/j.ajog.2020.09.047Tsang J.C.H., Vong J.S., Ji L. et al. Integrative single-cell and cell-free plasma RNA transcriptomics elucidates placental cellular dynamics // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2017. V. 114. № 37. P. E7786–E7795. https://doi.org/10.1073/pnas.1710470114Li H., Huang Q., Liu Y., Garmire L.X. Single cell transcriptome research in human placenta // Reproduction (Cambridge, England). 2020. V. 160. № 6. P. R155. https://doi.org/10.1530/REP-20-0231Benton S.J., Leavey K., Grynspan D. et al. The clinical heterogeneity of preeclampsia is related to both placental gene expression and placental histopathology // Am. J. Obstetrics and Gynecology. 2018. V. 219. № 6. P. 604.e1–604.e25. https://doi.org/10.1016/j.ajog.2018.09.036Trifonova E.A., Gabidulina T.V., Ershov N.I. et al. Analysis of the placental tissue transcriptome of normal and preeclampsia complicated pregnancies // Acta Naturae. 2014. V. 6. № 2(21). P. 71–83. https://doi.org/10.32607/20758251-2014-6-2-71-83Vashukova E.S., Glotov A.S., Fedotov P.V. et al. Placental microRNA expression in pregnancies complicated by superimposed pre‑eclampsia on chronic hypertension // Mol. Med. Reports. 2016. V. 14. № 1. P. 22–32. https://doi.org/10.3892/mmr.2016.5268Liu S., Xie X., Lei H. et al. Identification of key circRNAs/lncRNAs/miRNAs/mRNAs  and pathways in preeclampsia using bioinformatics analysis // Medical Science Monitor: Intern. Med. J. Experim. Clin. Research. 2019. V. 25. P. 1679. https://doi.org/10.12659/MSM.912801Robson S.C., Simpson H., Ball E. et al. Punch biopsy of the human placental bed // Am. J. Obstetrics and Gynecology. 2002. V. 187. № 5. P. 1349–1355. https://doi.org/10.1067/mob.2002.126866Robinson M.D., McCarthy D.J., Smyth G.K. edgeR: A Bioconductor package for differential expression analysis of digital gene expression data // Bioinformatics. 2010. V. 26. № 1. P. 139–140. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp616Liberzon A., Subramanian A., Pinchback R. et al. Molecular signatures database (MSigDB) 3.0 // Bioinformatics. 2011. V. 27. № 12. P. 1739–1740. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btr260Franz M., Rodriguez H., Lopes C. et al. GeneMANIA update 2018 // Nucl. Acids Res. 2018. V. 46. № W1. P. W60–W64. https://doi.org/10.1093/nar/gky311Vaquero-Garcia J., Aicher J.K., Jewell S. et al. RNA splicing analysis using heterogeneous and large RNA-seq datasets // Nat. Communications. 2023. V. 14. № 1. P. 1230. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36585-yWang Z., Zhao G., Zibrila A.I. et al. Acetylcholine ameliorated hypoxia-induced oxidative stress and apoptosis in trophoblast cells via p38 MAPK/NF-κB pathway // Mol. Hum. Reproduction. 2021. V. 27. № 8. https://doi.org/10.1093/molehr/gaab045Guo L., Liu M., Duan T. Hydrogen suppresses oxidative stress by inhibiting the p38 MAPK signaling pathway in preeclampsia // Adv. Clin. & Experim. Medicine. 2023. V. 32. № 3. P. 357–367. https://doi.org/10.17219/acem/154623Zhang J., Liu X., Gao Y. Abnormal H3K27 histone methylation of RASA1 gene leads to unexplained recurrent spontaneous abortion by regulating Ras-MAPK pathway in trophoblast cells // Mol. Biol. Reports. 2021. V. 48. № 6. P. 5109–5119. https://doi.org/10.1007/s11033-021-06507-6Karumanchi S.A. Angiogenic factors in preeclampsia: from diagnosis to therapy // Hypertension. 2016. V. 67. № 6. P. 1072–1079. https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.116.06421Hiratsuka S., Minowa O., Kuno J. et al. Flt-1 lacking the tyrosine kinase domain is sufficient for normal development and angiogenesis in mice // Proc. Natl Acad. of Sci. USA. 1998. V. 95. № 16. P. 9349–9354. https://doi.org/10.1073/pnas.95.16.9349Palmer K.R., Kaitu’u-Lino T.U.J., Hastie R. et al. Placental-specific sFLT-1 e15a protein is increased in preeclampsia, antagonizes vascular endothelial growth factor signaling, and has antiangiogenic activity // Hypertension. 2015. V. 66. № 6. P. 1251–1259. https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.115.05883Palmer K. Assessing the circulating placental-specific anti-angiogenic protein sFLT-1 e15a in preeclampsia // Preeclampsia: Methods and Protocols. 2018. P. 27–37. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7498-6_3