Preeclampsia (PE) differentially impairs female and male fetal endothelial cell function which is associated with the increased risks of adult-onset cardiovascular disorders in children born to mothers with PE. However, the underlying mechanisms are poorly defined. We hypothesize that dysregulation of microRNA-29a-3p and 29c-3p (miR-29a/c-3p) in PE disturbs gene expression and cellular responses to cytokines in fetal endothelial cells in a fetal sex-dependent manner.RT-qPCR analysis of miR-29a/c-3p was performed on female and male unpassaged (P0) human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) from normotensive (NT) and PE pregnancies. Bioinformatic analysis of an RNAseq dataset was performed to identify PE-dysregulated miR-29a/c-3p target genes in female and male P0-HUVECs. Gain- and loss-of-function assays were conducted to determine the effects of miR-29a/c-3p on endothelial monolayer integrity and proliferation in response to TGFβ1 and TNFα in NT and PE HUVECs at passage 1.PE downregulated miR-29a/c-3p in male, but not female P0-HUVECs. PE dysregulated significantly more miR-29a/c-3p target genes in female vs. male P0-HUVECs. Many of these PE-differentially dysregulated miR-29a/c-3p target genes are associated with critical cardiovascular diseases and endothelial functions. We further demonstrated that miR-29a/c-3p knockdown specifically recovered the PE-abolished TGFβ1-induced strengthening of endothelial monolayer integrity in female HUVECs, while miR-29a/c-3p overexpression specifically enhanced the TNFα-promoted cell proliferation in male PE HUVECs.PE differentially dysregulates miR-29a/c-3p and their target genes associated with cardiovascular diseases- and endothelial function in female and male fetal endothelial cells, possibly contributing to the fetal sex-specific endothelial dysfunction observed in PE.

ABSTRACT Background Preeclampsia (PE) is one hypertensive disorder and a leading cause of maternal and fetal mortality and morbidity during human pregnancy. Aryl hydrocarbon receptor (AhR) is a transcription factor, which regulates vascular functions. Exogenous and endogenous AhR ligands can induce hypertension in animals. However, if dysregulation of endogenous AhR ligands contributes to the pathophysiology of PE remains elusive. Methods We measured AhR activities in human maternal and umbilical vein sera. We also applied physiological, cellular, and molecular approaches to dissect the role of endogenous AhR ligands in vascular functions during pregnancy using pregnant rats and primary human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) as models. Results PE elevated AhR activities in human umbilical vein sera. Exposure of pregnant rats to an endogenous AhR ligand, 2-(1’H-indole-3’-carbonyl)-thiazole-4-carboxylic acid methyl ester (ITE) increased blood pressure and proteinuria, while decreased uteroplacental blood flow and reduced fetal and placental weights, all of which are hallmarks of PE. ITE dampened vascular growth and fetal sex-specifically altered immune cell infiltration in rat placentas. ITE also decreased cell proliferation and cell monolayer integrity in HUVECs in vitro . RNA sequencing analysis revealed that ITE dysregulated transcriptome in rat placentas and HUVECs in a fetal sex-specific manner. Bottom-up phosphoproteomics showed that ITE disrupted phosphoproteome in HUVECs. These ITE-dysregulated genes and phosphoproteins were enriched in biological functions and pathways which are highly relevant to diseases of heart, liver, and kidney, vascular functions, inflammation responses, cell death, and kinase inhibition. Conclusions Dysregulation of endogenous AhR ligands during pregnancy may lead to the development of PE with underlying impaired vascular functions, fetal sex-specific immune cell infiltration and transcriptome, and phosphoproteome. Thus, this study has provided a novel mechanism for the development of PE and potentially other forms of hypertensive pregnancies. These AhR ligand-activated genes and phosphoproteins might represent promising therapeutic and fetal sex-specific targets for PE-impaired vascular functions.

Preeclampsia (PE) is a hypertensive disorder during human pregnancy. Aryl hydrocarbon receptor (AhR) is a ligand-activated transcription factor. Exogenous and endogenous AhR ligands can induce hypertension in male rats and mice. Herein, using rats as a model, we tested the hypothesis that over-regulation of endogenous AhR ligands during pregnancy impairs vascular functions by disrupting the transcriptome in the placenta, contributing to the development of PE. Pregnant rats were injected daily with an endogenous AhR ligand, 2-(1'H-indole-3'-carbonyl)-thiazole-4-carboxylic acid methyl ester (ITE), from gestational day (GD) 10 to 19. Maternal mean blood pressure was measured on GD16-20. Proteinuria and uteroplacental blood flow were monitored on GD20. Placentas collected on GD20 were used to determine changes in vascular density and transcriptome. Compared with the vehicle control, ITE elevated maternal mean blood pressure by 22% and 16% on GD16 and 17, respectively. ITE increased proteinuria by 50% and decreased uteroplacental blood flow by 26%. ITE reduced the placental vascular density by 18%. RNA sequencing analysis revealed that ITE induced 1316 and 2020 differentially expressed genes (DEGs) in female and male placentas, respectively. These DEGs were enriched in pathways relevant to heart diseases, vascular functions and inflammation. Bioinformatics analysis also predicted that ITE altered immune cell infiltration in placentas depending on fetal sex. These data suggest that over-regulation of endogenous AhR ligands may lead to PE with impaired vascular functions and disrupted fetal sex-specific transcriptomes and immune cell infiltration in placentas. These AhR ligand-induced DEGs and pathways may represent promising therapeutic targets for PE-induced cardiovascular dysfunctions. KEY POINTS: An endogenous AhR ligand (ITE) elevated maternal blood pressure and proteinuria in pregnant rats, and decreased uteroplacental blood flow and fetal and placental growth, all of which are hallmarks of preeclampsia. ITE reduced vascular density and altered immune cell distribution in rat placentas. ITE dysregulated transcriptomes in rat placentas in a fetal sex-specific manner. These ITE-dysregulated genes and pathways are highly relevant to diseases of heart, vascular functions and inflammatory responses.