Abstract

Spontaneous preterm birth (SPTB) is the leading cause of neonatal death and morbidity worldwide. Certain risk factors predispose infants to SPTB, but over half of SPTBs occur in pregnancies where there is no identifiable risk factor. Previous studies have suggested that SPTB has a genetic background and that both maternal and fetal genomes contribute to its likelihood. Other biological factors are also associated with SPTB, but knowledge about these factors is limited. One of the key tissues involved in parturition is the placenta.

The aim of this study was to determine the biological factors behind predisposition to SPTB using hypothesis-free methods. A genome-wide association study (GWAS) was used to investigate fetal genetic variants that predispose infants to SPTB. The results suggest that a variant of slit guidance ligand 2 (SLIT2) is associated with SPTB. Additionally, the study showed that SLIT2 and its receptor roundabout guidance receptor 1 (ROBO1) are expressed in placenta, and their mRNA levels are higher in SPTB placentas compared to term controls. A knockdown experiment showed that Slit–Robo signaling affects genes involved in inflammation in placental cells.

In a comparative proteomics screen of SPTB, spontaneous term, and elective preterm placentas, proteins for which particular levels are associated with SPTB were identified. Rare and potentially damaging variants of the genes coding for the identified proteins were sought from whole exome sequencing (WES) data. This yielded a candidate, alpha-1 antitrypsin (AAT), which is encoded by SERPINA1. Experiments revealed that SERPINA1 affects actin cytoskeleton, Slit–Robo signaling, and extracellular matrix organization in the placenta.

Some heat shock proteins (HSPs) are associated with pregnancy complications. Thus, genetic and genomic datasets were used to identify SPTB-predisposing HSPs from the mother, infant, and placenta. In addition, the association of nuclear hormone receptors (NRs) with SPTB was studied, as HSPs regulate the activity of NRs. Multiple associations of HSPs and NRs with SPTB were found.

Currently, there is no effective method for predicting or preventing SPTB. New factors that affect the risk of SPTB susceptibility were identified. The results provide a starting point for further studies to develop ways to predict SPTB and prolong gestational age.

Tiivistelmä

Spontaani ennenaikainen synnytys on vastasyntyneiden yleisin kuolinsyy ja sairauksille altistava tekijä. Ennenaikaisuudelle altistavia tekijöitä tunnetaan, mutta silti yli puolet tapauksista ovat sellaisia, joiden syy jää tunnistamatta. Sekä äidin että lapsen perintötekijät vaikuttavat ennenaikaisen syntymän riskiin. Ennenaikaisuuteen on liitetty myös muita biologisia tekijöitä, mutta tietoa ei ole riittävästi. Yksi synnytyksen käynnistymiseen vaikuttavista kudoksista on istukka.

Tavoitteenamme oli löytää hypoteesivapaita menetelmiä käyttämällä biologisia tekijöitä, jotka liittyvät ennenaikaiseen synnytykseen. Genominlaajuisen assosiaatiokartoituksen avulla tarkastelimme lapsen perimän geenivariantteja, jotka altistavat ennenaikaisuudelle. Osoitimme, että SLIT2-geenin variantti voi altistaa ennenaikaisuudelle ja että SLIT2-proteiini ja sen reseptori ROBO1 tuottuvat istukassa. Molempien mRNA-tasot olivat koholla ennenaikaisesti syntyneiden istukoissa verrattuna täysiaikaisiin. Näiden geenien hiljentäminen vaikutti pääasiassa tulehdukseen liittyviin geeneihin.

Kun vertasimme spontaanien ennenaikaisesti syntyneiden istukoissa olevia proteiineja täysaikaisesti ja keisarinleikkauksella syntyneiden istukoissa oleviin proteiineihin, havaitsimme, että proteiinien määrät poikkesivat toisistaan. Etsimme harvinaisia ja mahdollisesti vahingollisia variantteja sellaisista geeneistä, jotka koodaavat löytämiämme proteiineja. Havaitsimme, että alpha-1 antitrypsiini (AAT) -proteiini ja sitä koodaava SERPINA1-geeni voivat liittyä ennenaikaisuuteen. Osoitimme, että AAT säätelee solujen ulkopuolisia rakenteita istukassa.

Lämpösokkiproteiinien uskotaan liittyvän raskauskomplikaatioihin, ja siksi tarkastelimme useita aineistoja tunnistaaksemme ennenaikaisuuteen liittyviä lämpösokkiproteiineja. Tarkastelimme myös hormonireseptoreja, joiden aktiivisuutta lämpösokkiproteiinit säätelevät. Löysimme useita lämpösokkiproteiineja ja hormonireseptoreja, jotka voivat liittyä ennenaikaisuuden riskiin.

Tällä hetkellä ei ole tehokasta tapaa ennustaa tai estää ennenaikaista synnytystä. Löysimme tekijöitä, jotka voivat liittyä ennenaikaiseen synnytykseen johtaviin reaktioreitteihin. Tulokset voivat johtaa lisätutkimuksiin. Lisätutkimuksen avulla voitaisiin kehittää menetelmiä, joilla pystyttäisiin ennustamaan ennenaikaista synnytystä ja pidentämään raskauden kestoa.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon. / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Tiensuu, H., Haapalainen, A. M., Karjalainen, M. K., Pasanen, A., Huusko, J. M., Marttila, R., Ojaniemi, M., Muglia, L. J., Hallman, M., & Rämet, M. (2019). Risk of spontaneous preterm birth and fetal growth associates with fetal SLIT2. PLOS Genetics, 15(6), e1008107. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008107

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

2. Tiensuu, H., Haapalainen, A. M., Tissarinen, P., Pasanen, A., Määttä, T. A., Huusko, J. M., Ohlmeier, S., Bergmann, U., Ojaniemi, M., Muglia, L. J., Hallman, M., & Rämet, M. (2022). Human placental proteomics and exon variant studies link AAT/SERPINA1 with spontaneous preterm birth. BMC Medicine, 20(1), 141. https://doi.org/10.1186/s12916-022-02339-8

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

3. Huusko, J. M., Tiensuu, H., Haapalainen, A. M., Pasanen, A., Tissarinen, P., Karjalainen, M. K., Zhang, G., Christensen, K., Ryckman, K. K., Jacobsson, B., Murray, J. C., Kingsmore, S. F., Hallman, M., Muglia, L. J., & Rämet, M. (2021). Integrative genetic, genomic and transcriptomic analysis of heat shock protein and nuclear hormone receptor gene associations with spontaneous preterm birth. Scientific Reports, 11(1), 17115. https://doi.org/10.1038/s41598-021-96374-9

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version