Studies on the role of cytoskeletal proteins in megakaryo- and thrombopoiesis
Final Report Abstract
Thrombozyten (platelets) entstehen durch Abschnürungen von Megakaryozyten (MKs) im Knochenmark. Während der MK-Differenzierung entsteht das Demarkationsmembransystem im Zytoplasma des MK, welches als ein Membran-Reservoir für die Ausbildung zytoplasmatischer Ausläufer (proplatelets) dient, die bis in die Blutgefäße des Knochenmarks hineinreichen und in den Blutstrom abgegeben werden. Es wird angenommen, dass die Thrombozyten erst im Blutstrom ihre finale Größe erhalten. Störungen bei der Bildung von Thrombozyten können die Anzahl und Größe von Thrombozyten beeinflussen. Die Nachfrage nach Thrombozytentransfusionen zur Behandlung von Thrombozytopenien (verringerte Anzahl an Thrombozyten) steigt derzeit stetig. Daher ist die Erforschung der Mechanismen, die zu Störungen bei der Thrombozytenproduktion führen, und die Entwicklung neuer Strategien zur Bekämpfung dieses klinischen Problems eine wichtige Aufgabe. Das Zytoskelett und seine Umstrukturierungen sind von zentraler Bedeutung beim finalen Schritt der Thrombozytenbildung, wobei vor allem Veränderungen des Mikrotubuli-Zytoskeletts eine wichtige Rolle spielen. Ausgehend vom Zellkörper des MK werden die proplatelets ausgebildet, welche ihre Struktur hauptsächlich durch die Mikrotubulifilamente erhalten. - Mit Hilfe verschiedener mikroskopischer Techniken konnte gezeigt werden, dass nicht die Tubulinpolymerisierung, sondern das Aneinander-vorbei-Gleiten (sliding) von Mikrotubulifilamenten der entscheidende Mechanismus für die Verlängerung von proplatelets und damit in der Thrombozytenproduktion ist. Dies konnte sowohl unter statischen Zellkulturbedingungen, als auch unter physiologischen Bedingungen mit Hilfe eines mikrofluidischen Platelet Bioreactors nachgewiesen werden. (überarbeitete Version eingereicht) - Des weiteren wurde untersucht, ob das Protein Dynamin2 (Dnm2), welches eine wichtige Rolle in der Membranumstrukturierung und Endozytose spielt, aber auch mit Zytoskelettkomponenten interagiert, eine wichtige Funktion in der Thrombozytenentstehung einnimmt. MK-/Thrombozytenspezifische Dnm2 defiziente Mäuse entwickeln eine Makrothrombozytopenie, sowie eine Splenomegalie verbunden mit einer ausgeprägten MK-Hyperplasie, und eine primäre Myelofibrose. Der Antragsteller konnte damit zeigen, dass die Dnm2-abhängige Endozytose in MKs eine entscheidende Rolle im Prozess der Megakaryopoese, Thrombozytopoese und Knochenmark Homeostase einnimmt. (überarbeitete Version eingereicht) - Der Antragsteller befasste sich auch mit der Rolle von Profilin1 (Pfn1) in MKs und Thrombozyten, das eine Schlüsselrolle im Prozess der Aktinfilament-Umstrukturierung innehat. Es konnte gezeigt werden, dass die MK-/Thrombozyten-spezifischen konditionalen Pfn1 Mäuse eine ausgeprägte Mikrothrombozytopenie aufweisen, hervorgerufen durch eine vorzeitige Freisetzung von Thrombozyten ins Knochenmark und frühzeitiges Entfernen von Thrombozyten durch Makrophagen. Die Mikrotubulifilamente der Thrombozyten wiesen eine erhöhte Steifigkeit auf, welche wahrscheinlich zu der verringerten Thrombozytengröße in diesen Mäusen beiträgt. Somit konnte erstmalig nachgewiesen werden, dass Pfn1 auch ein wichtiger Regulator der Mikrotubulifilament-Dynamik ist. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass auch die thrombozytären Mikrotubulifilamente von Wiskott-Aldrich-syndrome (WAS) Patienten, nicht aber von WASp-defizienten Mäusen, sehr stabil sind. Im Gegensatz zu Wasp-/- Mäusen reproduzieren konditionale Pfn1 defiziente Mäuse somit den MK-/Thrombozyten-Phänotyp von WAS Patienten. Daher kann spekuliert werden, dass WASp möglicherweise als Modulator der Pfn1 Funktion in MKs agiert und dass eine Deregulierung dieses Prozesses zu dem bekannten MK- /Thrombozyten-Defekt in WAS Patienten führt.
Publications
- Dabigatran has the upper hand on warfarin. Thromb Haemost. 2013 Jul;110(1):4
Bender M
- Megakaryocyte-specific Profilin1-deficiency alters microtubule stability and causes a Wiskott-Aldrich syndrome-like platelet defect. Nat Commun. 2014 Sep 4;5:4746
Bender M, Stritt S, Nurden P, van Eeuwijk JM, Zieger B, Kentouche K, Schulze H, Morbach H, Stegner D, Heinze K, Dütting S, Gupta S, Witke W, Falet H, Fischer A, Hartwig JH, Nieswandt B
(See online at https://doi.org/10.1038/ncomms5746) - Post-translational arginylation as a novel regulator of platelet function. Haematologica. 2014 Mar;99(3):402-4
Bender M, Falet H
(See online at https://dx.doi.org/10.3324/haematol.2013.103119)
