Characterization of the mechanisms of biased coagulation protease signalling: Novel cross talk between protease activated receptor and integrin signalling in glomerular disease.

• Applicant: Madhusudhan Thati, Ph.D.
• Subject Area: Public Health, Healthcare Research, Social and Occupational Medicine
• Term: from 2012 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 221484087

Aktiviertes Protein C (aPC) und Thrombin (IIa) sind gut charakterisierte Gerinnungsproteasen mit gegensätzlicher Funktion bezüglich der Regulation der Blutkoagulation. Unabhängig von ihrer Gerinnungsaktivität regulieren sowohl aPC als auch Thrombin zelluläre Signalwege über eine eigene Familie von G Protein gekoppelten Rezeptoren, die sogenannten Protease-aktivierten Rezeptoren (PARs). Während aPC anti-apoptotische und anti-inflammatorische Effekte über PAR-1 und PAR-3 vermittelt, wirkt Thrombin (in hohen Konzentrationen; >~1 nM) über die gleichen Rezeptoren entgegengesetzt, nämlich pro-inflammatorisch und pro-apoptotisch. Bisher ist noch unklar, wie aPC und Thrombin die gegensätzliche Signalwirkung regulieren und dabei differentielle intrazelluläre Antworten über die PAR Rezeptoren aktivieren. In einigen neueren Studien konnte nachgewiesen werden, dass aPC zusätzlich zu den PARs an weitere Ko-Rezeptoren binden kann; dies könnte eine differentielle Signalwirkung von aPC ermöglichen. Vor kurzem haben wir gezeigt, dass PAR-3 in den Nierenglomeruli überwiegend in Podozyten exprimiert wir und hier für die zellprotektiven Effekte von aPC erforderlich ist. Die zellprotektiven Effekte von aPC sind von einer proteolytischen Aktivierung von PAR-3 und der Heterodimerisierung von PAR-3 mit PAR-2 (in humanen Podozyten) und mit PAR-1 (in Mauspodozyten) abhängig. Darüber hinaus konnten wir in präliminären Untersuchungen nachweisen, dass aPC – nicht aber Thrombin – an das podozytäres Integrin αvβ3 binden kann. Letzteres limitiert die aPC-PAR induzierte Signaltransduktion und ermöglicht somit eine kurze, zeitlich terminierte intrazelluläre Antwort. Unsere Ergebnisse zeigen, dass aPC, nicht aber Thrombin, die RhoGTPase-Aktivität differentiell durch Aktivierung der PAR und Integrin-Signalwege regulieren kann. Durch diese Ergebnisse wurde eine bisher nicht vermutete Rolle von aPC identifiziert, nämlich die Regulation eines „cross-talk“ zwischen zwei eigenen Klassen von Rezeptorkomplexen: PARs und Integrine. Somit reguliert und integriert aPC zwei biologisch sehr wichtige Signalwege. Die Identifizierung der Mechanismen, mit denen aPC die Interaktion der PARs und Intergrinen koordiniert und damit di Protease-abhängigen Signaltransduktion in Podozyten reguliert, wird neue Einblicke in die Physiologie und Pathophysiologie der Protease-vermittelten zellulären Homöostase bei glomerulären Erkrankungen ermöglichen. Um diese Aspekte zu untersuchen, werden wir folgende Fragen bearbeiten:Ziele:I Identifikation der Domänen, die für die Heterodimerisation von PAR-3 mit seinen Ko-Rezeptoren in Podozyten erforderlich sind (PAR-2 im Menschen und PAR-1 in der Maus).II Charakterisierung der unterschiedlichen Signalwirkung von aPC und Thrombin über die Protease-aktivierten Rezeptoren und β3 Integrin in Podozyten.III Proteomische Analyse von β3 Integrin assoziierten Komplexen, die durch aPC und Thrombin induziert werdenIV Definition der Rolle von PAR-3, Integrin β3 und G-Proteinen bei der Regulation von chronischen und akuten glomerulären Erkrankungen im in vivo ModellsystemV Beurteilung von PAR-3 und β3 Integrin in vivo bezüglich der Eignung als neue Therapeutika bei glomerulären Erkrankungen

• DFG Programme: Research Grants