Phospholipase D1 und D2 in der Thrombozytenaktivierung in vitro und in vivo Studien in knock out Mausmodellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Thrombozytenadhäsion und –aggregation an der verletzten Gefäßwand ist essentiell für die Hämostase, aber auch ein zentraler Pathomechanismus arteriell-thrombotischer Erkrankungen. Im Prozess der Thrombusbildung wirken verschiedene aktivatorische Thrombozytenrezeptoren und ihre nachgeschalteten Signalwege zusammen, die komplexe zelluläre Antworten wie shape change, Integrinaktivierung, Granula-Sekretion, Aggregation und prokoagulatorische Aktivität auslösen. Die Hauptsignalwege in Thrombozyten führen u.a. zur Aktivierung von Phospholipasen (PL), Enzyme, die den Abbau von Membranphospholipiden katalysieren und so essentielle second messenger generieren. Während die Funktion von PLC Isoformen hierbei gut verstanden ist, weiß man sehr wenig über die Rolle der beiden in Thrombozyten exprimierten PLD-Isoformen PLD1 und PLD2. Wir konnten zeigen, dass PLD1-defiziente Mausthrombozyten einen selektiven Integrin αIIbβ3-Aktivierungsdefekt aufweisen, der auch im Prozess der Scherkraft-abhängigen Thrombusbildung von großer Bedeutung ist. In Folge dessen waren Pld1-/- Mäuse in Modellen arterieller Thrombose und des ischämischen Schlaganfalls geschützt, ohne eine erhöhte Blutungsneigung aufzuweisen, was PLD1 zu einer vielversprechenden antithrombotischen Zielstruktur macht. Des Weiteren haben wir Pld2-/- Mäuse generiert und konnten zeigen, dass diese ebenso wie Pld1-/- Mäuse eine normale Embryonalentwicklung aufweisen, fertil sind und keine offensichtlichen Fehlbildungen oder Erkrankungen zeigen. Unerwarteterweise führte die PLD2-Defizienz zu keinen detektierbaren Defekten der Thrombozytenfunktion, obwohl die PLD-Aktivität in den Zellen signifikant reduziert/verzögert war. Interessanterweise waren auch die dann generierten PLD1/PLD2-doppeldefizienten (DKO) Mäuse lebensfähig und fertil. Weitergehende Untersuchungen zeigten dann allerdings einen selektiven Defekt in der Agonist-induzierten Freisetzung der α-Granula in den DKO Thrombozyten, der in Verbindung mit dem Integrinaktivierungsdefekt, der bereits in PLD1-einzeldefizienten Mäusen detektierbar war, zu einem markanten Schutz vor okklusiver Thrombusbildung bei gleichzeitig intakter Hämostase führte. Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass PLD eine vielversprechende Zielstruktur zur pharmakologischen Thrombozytenhemmung sein könnte. Dies konnten wir dann anhand von Studien mit dem PLD-Inhibitor Fluor-2-indolyl Deschlorohalopemid (FIPI) nachweisen, der in Mäusen einen markanten Schutz vor arterieller Thrombusbildung und in einem Modell des ischämischen Schlaganfalls, jedoch keine Erhöhung der Blutungszeit induzierte. In weiteren Studien konnten wir zeigen, dass PLD an der Podosomenbildung in Megakaryozyten beteiligt ist, dies jedoch – anders als bislang gedacht – vermutlich nicht für die Thrombozytenbiogenese in vivo essentiell ist. In einer Reihe von Kooperationsprojekten konnten wichtige Funktionen von PLD in Lymphozyten, Neuronen, glatten Muskelzellen sowie Skelettmuskelzellen nachgewiesen werden, die zumindest teilweise als Grundlage für neue Therapiestrategien genutzt werden könnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012). Key roles for the lipid signaling enzyme phospholipase d1 in the tumor microenvironment during tumor angiogenesis and metastasis. Sci Signal. 5(249):ra79
Chen Q, Hongu T, Sato T, Zhang Y, Ali W, Cavallo JA, van der Velden A, Tian H, Di Paolo G, Nieswandt B, Kanaho Y, Frohman MA
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(2012). Redundant functions of phospholipases D1 and D2 in platelet αgranule release. J Thromb Haemost. 10(11):2361-72
Thielmann I, Stegner D, Kraft P, Hagedorn I, Krohne G, Kleinschnitz C, Stoll G, Nieswandt B
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(2013). Pharmacological inhibition of phospholipase D protects mice from occlusive thrombus formation and ischemic stroke. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 33(9):2212-7
Stegner D, Thielmann I, Kraft P, Frohman MA, Stoll G, Nieswandt B
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(2014). Phospholipase D is a central regulator of collagen I-induced cytoskeletal rearrangement and podosome formation in megakaryocytes. J Thromb Haemost. 12(8):1364-71
Stritt S, Thielmann I, Dütting S, Stegner D, Nieswandt B
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(2014). Phospholipase D1 is involved in α1-adrenergic contraction of murine vascular smooth muscle. FASEB J. 28(3):1044-8
Wegener JW, Loga F, Stegner D, Nieswandt B, Hofmann F
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(2015). PLD1 participates in BDNF-induced signalling in cortical neurons. Sci Rep;5:14778
Ammar MR, Thahouly T, Hanauer A, Stegner D, Nieswandt B, Vitale N
