PLGF, a placental marker of fetal brain defects after in utero alcohol exposure

Abstract

Most children with in utero alcohol exposure do not exhibit all features of fetal alcohol syndrome (FAS), and a challenge for clinicians is to make an early diagnosis of fetal alcohol spectrum disorders (FASD) to avoid lost opportunities for care. In brain, correct neurodevelopment requires proper angiogenesis. Since alcohol alters brain angiogenesis and the placenta is a major source of angiogenic factors, we hypothesized that it is involved in alcohol-induced brain vascular defects. In mouse, using in vivo repression and overexpression of PLGF, we investigated the contribution of placenta on fetal brain angiogenesis. In human, we performed a comparative molecular and morphological analysis of brain/placenta angiogenesis in alcohol-exposed fetuses. Results showed that prenatal alcohol exposure impairs placental angiogenesis, reduces PLGF levels and consequently alters fetal brain vasculature. Placental repression of PLGF altered brain VEGF-R1 expression and mimicked alcohol-induced vascular defects in the cortex. Over-expression of placental PGF rescued alcohol effects on fetal brain vessels. In human, alcohol exposure disrupted both placental and brain angiogenesis. PLGF expression was strongly decreased and angiogenesis defects observed in the fetal brain markedly correlated with placental vascular impairments. Placental PGF disruption impairs brain angiogenesis and likely predicts brain disabilities after in utero alcohol exposure. PLGF assay at birth could contribute to the early diagnosis of FASD.Electronic supplementary materialThe online version of this article (doi:10.1186/s40478-017-0444-6) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Alcoolisation fœtale

“…Ces données obtenues chez l'humain chez lequel l'alcoolisation est majoritairement associée à une poly-intoxication (tabac, cannabis, etc. ), ont été confirmées chez le rongeur en utilisant différents modèles de monointoxication à l'éthanol et différentes approches, qu'elles soient de nature transcriptomique [31], protéomique [32], histologique [33] ou mécanistique [30,34], renforçant ainsi l'hypothèse d'un lien direct entre alcoolisation in utero, dysfonction placentaire et troubles de l'angiogenèse.…”

“…Il est connu de longue date que la consommation d'alcool au cours de la grossesse altère le développement et le fonctionnement placentaires [25,26] : il a été en effet mis en évidence une diminution du poids du placenta [27], une perturbation des sécrétions hormonales [28] ainsi qu'un puissant effet vasocontricteur [29] en conditions d'alcoolisation. Toutefois, alors que plusieurs de ces processus sont à l'origine d'une atteinte vasculaire, ce n'est que récemment que l'impact de l'alcool sur l'angiogenèse du placenta humain a été précisé d'un point de vue moléculaire et cellulaire [30]. L'étude comparée de 42 placentas exposés à l'alcool versus 41 placentas témoins, sur une période allant de 21 à 42 semaines gestationnelles, indique en effet que la 30 e semaine de gestation constitue une période charnière.…”

“…L'étude comparée de 42 placentas exposés à l'alcool versus 41 placentas témoins, sur une période allant de 21 à 42 semaines gestationnelles, indique en effet que la 30 e semaine de gestation constitue une période charnière. Alors qu'avant cet âge gestationnel, l'alcool ne modifie ni la densité des villosités ni la morphologie vasculaire, à partir de la 30 e semaine et jusqu'à terme, les placentas exposés à l'alcool présentent une réduction importante de la surface luminale vasculaire qui s'amplifie avec l'âge gestationnel ( Figure 1C) [30]. Cette anomalie développementale est associée à une diminution de l'expression de protéines impliquées dans les jonctions serrées, telles que ZO-1 (zonula occludens-1), et [30].…”

“…Alors qu'avant cet âge gestationnel, l'alcool ne modifie ni la densité des villosités ni la morphologie vasculaire, à partir de la 30 e semaine et jusqu'à terme, les placentas exposés à l'alcool présentent une réduction importante de la surface luminale vasculaire qui s'amplifie avec l'âge gestationnel ( Figure 1C) [30]. Cette anomalie développementale est associée à une diminution de l'expression de protéines impliquées dans les jonctions serrées, telles que ZO-1 (zonula occludens-1), et [30]. Ainsi, la répression de l'expression placentaire du PlGF par une stratégie d'ARN interférents couplée à l'électroporation placentaire in utero, entraîne une désorganisation importante des vaisseaux intra-corticaux foetaux ( Figure 1G).…”

“…Il apparaît donc qu'une dysfonction placentaire, ciblant spécifiquement le PlGF, est capable de mimer les anomalies corticales de l'angiogenèse cérébrale qui sont induites par une alcoolisation in utero. Réciproquement, des expériences dites de rescue ont mis en évidence que la surexpression au niveau placentaire du gène pgf (placental growth factor) par une stratégie Crispr/Cas9 SAM (synergic activation mediator), corrige au moins en partie les anomalies de l'angiogenèse corticale induites par l'alcool [30]. Enfin, en accord avec ces résultats, les travaux collaboratifs des groupes de Barbara Croy, au Canada, et de Peter Carmeliet, en Belgique, indiquent que l'invalidation non conditionnelle du gène pgf se traduit par une désorganisation des microvaisseaux corticaux [47] et de la rétine [48].…”