Abstract

The human endometrium, the inner lining of the uterus, has a unique regenerative capacity to secure an optimal environment for embryo implantation. Any alterations in endometrial cell signaling may lead to suboptimal endometrial milieu and function, evident in gynecological disorders such as irregular menstruation, endometriosis, endometrial cancer (EC), and polycystic ovary syndrome (PCOS). Indeed, a main target for the study, the PCOS endometrium, displays several endometrial aberrations involving disrupted steroid hormone regulation, metabolic dysfunction, and inflammation. Accordingly, endometrial cell populations, including endometrial stromal cells (eSCs) and mesenchymal stem cells (eMSCs), were investigated for their properties related to endometrial regeneration. These populations were compared to bone marrow mesenchymal stem cells (bmMSCs), previously suggested to be involved in endometrial regeneration. Next, the steroid hormone-induced transcriptome profile of eSCs from women with PCOS (eSCPCOS) was assessed. Finally, the expression of stanniocalcin-1 (STC-1), a pro-survival factor, was explored in women with PCOS or EC. The studies revealed high proliferation and migration potential for bmMSCs and eMSCs, supporting their role in endometrial renewal. Moreover, a subtler cytokine profile in the endometrial cells compared to bmMSCs indicated immune tolerance, possibly facilitating embryo implantation. The transcriptome data of eSCPCOS indicated impaired function, as an altered expression of genes involved in progesterone action, metabolism, mitochondrial function, and inflammation was noted. Importantly, this alteration was present even without androgen exposure, although androgen exposure promoted the differences even further compared to a non-PCOS control (eSCCtrl). Hypoxia-induced STC-1 response in eSCPCOS was also tested, and blunted STC-1 expression was noted, indicating a diseased endometrium. Finally, the protective role of STC-1 was reinforced by the finding that high STC-1 expression is associated with favorable clinicopathological features in EC cases. The findings emphasize the favorable properties of bmMSCs and eMSCs for endometrial renewal. Moreover, eSCPCOS present with an altered gene expression profile and hypoxia-induced STC-1 expression that may contribute to a diseased endometrium in PCOS. Finally, high STC-1 expression is associated with a more beneficial EC profile.

Tiivistelmä

Kohdun limakalvo, endometrium, omaa ainutlaatuisen uudistumiskyvyn ja sen päätehtävä on tarjota alkiolle optimaalinen kiinnittymisympäristö. Kohdun säätelytekijöiden häiriintyminen voi johtaa poikkeavaan limakalvon toimintaan, joka on havaittu useiden gynekologisten tilojen kuten epäsäännöllisten kuukautisten, enodmetrioosin, kohdunrungon syövän (EC) ja monirakkulaisen munasarjaoireyhtymän (PCOS) yhteydessä. Tämän tutkimuksen yhtenä kohteena oli PCOS-naisten endometrium, jonka steroidihormonisäätelyssä, aineenvaihdunnassa ja tulehdustilassa on jo aiemmin havaittu poikkeavuuksia. Aiemmat tutkimukset huomioiden, väitöskirjan tarkoituksena oli tutkia endometriumin solupopulaatioita — stroomasoluja (eSC) ja mesenkymaalisia kantasoluja (eMSC) — ja erityisesti niiden endometriumin uusiutumiskykyyn liittyviä ominaisuuksia. Vertasimme em. soluja luuytimen mesenkymaalisiin kantasoluihin (bmMSC), joiden on myös ehdotettu osallistuvan endometriumin uusiutumiseen. Tutkimuksissa kiinnitimme erityistä huomiota solujen tulehdusprofiiliin, sillä tulehdustekijöiden on ajateltu olevan keskeisiä endometriumin uusiutumisessa. Tutkimme myös steroidihormonien vaikutusta geenien ilmentymiseen PCOS-naisten eSC-soluissa (eSCPCOS) verraten tuloksia soluihin, joilla ei ole todettu oireyhtymää. Selvitimme myös, miten solujen selviytymistä tukeva tekijä, stanniokalsiini-1 (STC-1), ilmenee eSCPCOS-soluissa sekä kohtusyöpäkudoksessa. Tutkimuksemme osoittivat bmMSC- ja eMSC-solujen omaavan lisääntyneen kasvu- ja liikkumispotentiaalin, mikä tukee näiden merkitystä endometriumin uusiutumisessa. Kohdun limakalvon solujen hillitympi tulehdusprofiili bmMSC-soluihin verrattuna viittaa suurempaan immunotoleranssiin, mikä edistänee alkion kiinnittymistä. Geenien ilmentymisprofiili osoitti, että eSCPCOS-solujen steroidihormonivaste on poikkeava, sillä havaitsimme keltarauhashormonivaikutukseen, aineenvaihduntaan, mitokondrioiden toimintaan ja tulehdukseen liittyviä muutoksia. Olennaista on, että muutokset havaittiin myös ilman miessukuhormonialtistusta, vaikkakin altistus vahvisti eroja entisestään. Testasimme myös hypoksiassa indusoituvan STC-1:n ilmentymistä ja havaitsimme sen olevan heikentynyt eSCPCOS-soluissa, viitaten PCOS-solujen poikkeavaan toimintaan. STC-1:n suojaavaa vaikutusta tuki myös havainto, jonka mukaan STC-1:n suurempi ilmentyminen on yhteydessä kohtusyövän suotuisampaan kliiniseen kuvaan. Tulokset korostavat bmMSC- ja eMSC-solujen merkitystä endometriumin uusiutumisessa. Geenien ilmenemisprofiili vaikuttaa olevan poikkeava eSCPCOS-soluissa, erityisesti STC-1:n ilmentymistä ajatellen. Korkea STC-1-ilmentyminen liittynee paremman ennusteen profiiliin kohtusyövässä.