Studies on thrombopoiesis and spleen tyrosine kinase-mediated signaling in platelets

• Main Author: van Eeuwijk, Judith Martina Maria
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: 2018
• Subjects: Thrombose; Megakaryozyt; Thrombopoese; Mikroskopie; Hämostase; ddc:570
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/14293; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142933; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142933; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/14293/DoctoralThesis_vanEeuwijk.pdf

In mammals, anucleate blood platelets are constantly produced by their giant bone marrow (BM) progenitors, the megakaryocytes (MKs), which originate from hematopoietic stem cells. Megakaryopoiesis and thrombopoiesis have been studied intensively, but the exact mechanisms that control platelet generation from MKs remain poorly understood. Using multiphoton intravital microscopy (MP-IVM), thrombopoiesis and proplatelet formation were analyzed in the murine BM in real-time and in vivo, identifying an important role for several proteins, including Profilin1, TRPM7 and RhoA in thrombopoiesis. Currently, it is thought that blood cell precursors, such as MKs, migrate from the endosteal niche towards the vascular niche during maturation. In contrast to this paradigm, it was shown that MKs are homogeneously distributed within the dense BM blood vessel network, leaving no space for vessel-distant niches. By combining results from in vivo MP-IVM, in situ light-sheet fluorescence microscopy (LSFM) of the intact BM as well as computational simulations, surprisingly slow MK migration, limited intervascular space and a vessel-biased MK pool were revealed, contradicting the current concept of directed MK migration during thrombopoiesis. Platelets play an essential role in hemostasis and thrombosis, but also in the pathogenesis of ischemic stroke. Ischemic stroke, which is mainly caused by thromboembolic occlusion of brain arteries, is among the leading causes of death and disability worldwide with limited treatment options. The platelet collagen receptor glycoprotein (GP) VI is a key player in arterial thrombosis and a critical determinant of stroke outcome, making its signaling pathway an attractive target for pharmacological intervention. The spleen tyrosine kinase (Syk) is an essential signaling mediator downstream of GPVI, but also of other platelet and immune cell receptors. In this thesis, it was demonstrated that mice lacking Syk specifically in platelets are protected from arterial thrombus formation and ischemic stroke, but display unaltered hemostasis. Furthermore, it was shown that mice treated with the novel, selective and orally bioavailable Syk inhibitor BI1002494 were protected in a model of arterial thrombosis and had smaller infarct sizes and a significantly better neurological outcome 24 h after transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO), also when BI1002494 was administered therapeutically, i.e. after ischemia. These results provide direct evidence that pharmacological Syk inhibition might become a safe therapeutic strategy. The T cell receptor  chain-associated protein kinase of 70 kDA (Zap-70) is also a spleen tyrosine kinase family member, but has a lower intrinsic activity compared to Syk and is expressed in T cells and natural killer (NK) cells, but not in platelets. Unexpectedly, arterial thrombus formation in vivo can occur independently of Syk kinase function as revealed by studies in Sykki mice, which express Zap-70 under the control of intrinsic Syk promoter elements. === In Säugetieren werden kernlose Thrombozyten durch ihren riesigen Knochenmark- (KM-) Vorläuferzellen, die Megakaryozyten (MK), die von hämatopoetischen Stammzellen stammen, ständig produziert. Megakaryopoese und Thrombopoese wurden schon intensiv untersucht, aber die genauen Mechanismen, die die Thrombozytenproduktion aus MK kontrollieren, bleiben weitgehend unverstanden. Mittels Multiphotonen-Intravitalmikroskopie (MP-IVM) wurden Thrombopoese und Proplättchenbildung im murinen KM in Echtzeit in vivo untersucht. Dadurch wurde eine wichtige Rolle für die Proteine Profilin1, TRPM7 und RhoA in der Thrombopoese identifiziert. Derzeit wird angenommen, dass Blutzellvorläufer, wie MK, während der Reifung von der endostalen Nische in Richtung der Gefäßnische migrieren. Im Gegensatz zu diesem Paradigma wurde hier gezeigt, dass MK homogen innerhalb des dichten KM Blutgefäßnetzes verteilt sind, so dass kein Raum für Gefäß-ferne Nischen besteht. Durch Ergebnisse von in vivo MP-IVM, in situ Licht-Blatt-Fluoreszenzmikroskopie (LSFM) des intakten KM sowie Computersimulationen wurden eine überraschend langsame MK-Migration, ein begrenzter intervaskulärer Raum und eine asymmetrische MK-Verteilung gezeigt, was im Widerspruch zum derzeitig akzeptierten Konzept der gerichteten MK-Migration während der Thrombopoese steht. Die Thrombozyten spielen eine wesentliche Rolle nicht nur bei der Hämostase und Thrombose, sondern auch in der Pathogenese des ischämischen Schlaganfalls. Der ischämische Schlaganfall, der vor allem durch einen thromboembolischen Verschluss von Gehirnarterien verursacht wird, ist eine der häufigsten Ursachen für Tod und Behinderung weltweit und die Behandlungsmöglichkeiten sind sehr eingeschränkt. Der thrombozytäre Kollagenrezeptor Glykoprotein (GP) VI ist ein wichtiger Faktor in der arteriellen Thrombose und trägt entscheidend zur Pathogenese des ischämischen Schlaganfalls bei, sodass dessen Signalweg ein attraktives Ziel für pharmakologische Interventionen darstellen könnte. Die spleen tyrosine kinase (Syk) ist ein wichtiges Molekül im GPVI-Signalweg, aber auch in den Signalkaskaden von anderen Thrombozyten- und Immunzellrezeptoren. Es wurde nachgewiesen, dass Mäuse mit einer thrombozytären Syk-Defizienz, vor arterieller Thrombusbildung und ischämischem Schlaganfall geschützt sind, aber unveränderte Hämostase zeigen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Mäuse, die mit dem neuartigen, selektiven und oral bioverfügbaren Syk-Inhibitor BI1002494 behandelt wurden, geschützt sind in einem Modell der arteriellen Thrombose. Auch hatten sie kleinere Infarkte und eine deutlich bessere neurologische Funktion 24 Stunden nach der transienten Arteria cerebri media Okklusion (tMCAO), auch wenn BI1002494 therapeutisch, d.h. nach der Ischämie, verabreicht wurde. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die pharmakologische Hemmung von Syk eine sichere therapeutische Strategie bei Schlaganfall sein könnte. Der T-Zell Rezeptor -chain-associated protein kinase of 70 kDa (Zap-70) ist auch ein spleen tyrosine kinase-Familienmitglied, hat aber eine geringere intrinsische Aktivität im Vergleich zu Syk und wird in T-Zellen und natural killer (NK) Zellen exprimiert, nicht aber in Thrombozyten. Studien in Sykki Mäusen, die unter der Kontrolle der intrinsischen Syk Promotorelemente Zap-70 exprimieren, ergaben, dass die arterielle Thrombusbildung in vivo unabhängig von der Syk-Kinasefunktion stattfinden kann.