Einfluss von Fibrinogen-Modifikationen auf die Blutgerinnung

EinleitungEntzündungen sind eine lebenswichtige Abwehrreaktion des Körpersgegen Krankheitserreger. Wird diese Abwehrleistung jedoch zum Dauerzustand schädigen Entzündungen gesunde Organe und es können zum Teil schwere Folgeerkrankungen wie Asthma, Arthritis oder chronische Niereninsuffizienz entstehen. Auffallend ist, dass einige dieser Erkrankungen zusätzlich mit einer erhöhten Neigung zu Thrombosen verbunden sind. Chronische, systemische Entzündungen begünstigen chemische und enzymatische Modifikationen von Proteinen, die zu strukturellen Veränderungen und funktioneller Beeinträchtigung führen können. Bestimmte Proteinmodifikationen werden als Biomarker in der Diagnostik eingesetzt und dienen beispielsweise als Indikator für das erhöhte Arteriosklerose-Risiko bei Patienten mit chronischem Nierenversagen. Wie alle Plasmaproteine, ist auch der Gerinnungsfaktor Fibrinogen ständig der Gefahr von Modifikationen ausgesetzt. Inhalt des Forschungsvorhabens Im Rahmen des vorliegenden Projektes sollen Fibrinogen- Modifikationen die in direktem Zusammenhang mit Niereninsuffizienz und rheumatoider Arthritis stehen identifiziert, sowie deren Auswirkung auf die Blutgerinnung untersucht werden. Das Ziel ist es, Modifikationen zu finden, die sich als Biomarker eignen, um das Thromboserisiko der betreffenden Patienten abzuschätzen. Darüber hinaus soll analysiert werden, welchen Einfluss diese Modifikationen auf die entzündungsfördernde Wirkung der Proteinfragmente haben, die im Lauf der Gerinnung entstehen. Hypothese Wir nehmen an, dass sich Fibrinogen-Modifikationen sowohl auf den Verlauf der Blutgerinnung und die Stabilität des Thrombus, als auch auf die Funktion der Spaltprodukte als Entzündungsmediatoren auswirken. Methoden Fibrinogen-Modifikationen in Plasmaproben von Patienten sollen mit Hilfe von Massenspektrometrie bestimmt werden. Besonderes Interesse gilt dabei jenen Positionen in der Aminosäuresequenz, die für die Gerinnung relevant sind. Der Verlauf der Gerinnung wird über Messungen der optischen Dichte aufgenommen um aus den Kurven gerinnungsspezifische Parameter zu ermitteln. Mittels Raster-Elektronen-Mikroskopie soll die Struktur der Fibrinpolymere veranschaulicht werden. Die entzündliche Wirkung der Fibrinspaltprodukte wird in der Zellkultur getestet und die freigesetzten Cytokine über ELISA quantifiziert. InnovationPatienten, die an chronisch entzündlichen Erkrankungen leiden, haben oft auch eine erhöhte Tendenz Thrombosen zu entwickeln. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass Fibrinogen- Modifikationen zu dem erhöhten Thromboserisiko beitragen und gleichzeitig Entzündungen verstärken können. Die Verwendung modifizierter Proteine als Biomarker kann daher helfen Patienten mit erhöhtem Thromboserisiko zu erkennen. Das Unterbinden von Proteinmodifikationen durch die Gabe von freien Aminosäuren könnte ein Ansatz sein, um die Häufigkeit von Thrombosen zu reduzieren und gleichzeitig die Entzündungsprozesse einzudämmen.

Carbamylierung ist eine Proteinmodifikation, die entsteht, wenn freie Aminogruppen erhöhten Harnstoffkonzentrationen ausgesetzt sind. Diese Bedingungen führen zu einer Anreicherung modifizierter Proteine im Plasma von Patienten die an chronischer Nierenschwäche leiden. Der Spiegel von carbamyliertem Albumin ermöglicht eine Prognose über den Krankheitsverlauf und steht in Zusammenhang mit dem Sterblichkeitsrisiko dieser Patienten. Wie alle Plasmaproteine ist der Gerinnungsfaktor Fibrinogen ständig der Gefahr von Modifikationen ausgesetzt. Es ist daher denkbar, dass sich diese Veränderungen auch auf die Blutgerinnung auswirken. Im Rahmen unseres Projekts haben wir die Carbamylierung von Fibrinogen in Patienten mit chronischem Nierenversagen analysiert. In in vitro Experimenten haben wir den Einfluss der Carbamylierung auf die enzymatische Spaltung von Fibrinogen, die Polymerisierung und Quervernetzung von Fibrin und die Fibrinolyse untersucht. Alle diese Reaktionen bestimmen gemeinsam die Struktur, die mechanische Stabilität und die biochemischen Eigenschaften des Thrombus. Mit Hilfe von Flüssigchromatographie und Massenspektrometrie konnten wir im Plasma der Patienten einen gegenüber den Kontrollen signifikant erhöhten Anteil von carbamyliertem Fibrinogen nachweisen. Die Ergebnisse der in vitro Experimente zeigten einen deutlichen Einfluss der Carbamylierung auf die Bildungskinetik und die Struktur von Fibrin. Carbamyliertes Fibrin stellte sich als dichtes Netzwerk aus dünnen Fasern dar, das durch die begrenzte Beweglichkeit der fibrinolytischen Enzyme langsamer abgebaut wurde. Die erheblich veränderte Struktur der Fibrin-Polymere von Patienten mit Niereninsuffizienz ohne erkennbare Fasern oder Poren ist damit eine mögliche Ursache für die erhöhte enzymatische Resistenz. Die geringe mechanische Stabilität von carbamyliertem Fibrin hängt vermutlich mit der verminderten Vernetzung zusammen und kann zur Ablösung des Thrombus von der Gefäßwand und damit zur Entstehung von Embolien beitragen. N-terminal carbamyliertes Fibrinopeptid A, das bei der enzymatischen Spaltung von carbamyliertem Fibrinogen freigesetzt wird, erwies sich im in vitro Experiment als chemischer Lockstoff für Neutrophile und kann daher die Dauer eines Entzündungszustandes mit beeinflussen. Zusammenfassend kann man sagen, dass Carbamylierung zu einer abweichenden Thrombusbildung zu führen scheint und damit eine mögliche Erklärung für Gerinnungsstörungen liefert, die im Zusammenhang mit chronisch entzündlichen Erkrankungen wie Niereninsuffizienz auftreten.