Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2008.

Cyclase-associated protein (CAP)2 is an evolutionarily highly conserved actin-binding protein implicated in striated muscle development, carcinogenesis, and wound healing in mammals. To date, the presence as well as the putative role(s) of CAP2 in platelets, however, remain unknown. Therefore, mice constitutively lacking CAP2 (Cap2gt/gt mice) were examined for platelet function. These studies confirmed the presence of both mammalian CAP isoforms, CAP1 and CAP2, in platelets. CAP2-deficient platelets were slightly larger than WT controls and displayed increased GPIIbIIIa activation and P-selectin recruitment in response to the (hem)ITAM-specific agonists collagen-related peptide and rhodocytin. However, spreading of CAP2-deficient platelets on a fibrinogen matrix was unaltered. In conclusion, the functionally redundant CAP1 isoform may compensate for the lack of CAP2 in murine platelets. Moreover, the studies presented in this thesis unveiled a severe macrothrombocytopenia that occurred independently of the targeted Cap2 allele and which was preliminarily termed orphan (orph). Crossing of the respective mice to C57BL/6J wild-type animals revealed an autosomal recessive inheritance. Orph mice were anemic and developed splenomegaly as well as BM fibrosis, suggesting a general hematopoietic defect. Strikingly, BM MKs of orph mice demonstrated an aberrant morphology and appeared to release platelets ectopically into the BM cavity, thus pointing to defective thrombopoiesis as cause for the low platelet counts. Orph platelets exhibited marked activation defects and spread poorly on fibrinogen. The unaltered protein content strongly suggested a defective alpha-granule release to account for the observed hyporesponsiveness. In addition, the cytoskeleton of orph platelets was characterized by disorganized microtubules and accumulations of filamentous actin. However, further experiments are required to elucidate the activation defects and cytoskeletal abnormalities in orph platelets. Above all, the gene mutation responsible for the phenotype of orph mice needs to be determined by next-generation sequencing in order to shed light on the underlying genetic and mechanistic cause. / Cyclase-associated protein 2 (CAP)2 ist ein evolutionär hoch konserviertes Aktin-bindendes Protein, welches in der Entwicklung der quergestreiften Muskulatur, der Krebsentstehung und der Wundheilung von Säugetieren eine Rolle spielt. Bis heute sind jedoch das Vorhandensein sowie die mutmaßliche(n) Funktion(en) von CAP2 in Thrombozyten unbekannt. Aus diesem Grund wurden Mäuse, denen konstitutiv CAP2 fehlt (Cap2gt/gt-Mäuse), im Hinblick auf ihre Thrombozytenfunktion untersucht. Diese Untersuchungen bestätigten die Anwesenheit beider Säugetierisoforme von CAP, CAP1 und CAP2, in Thrombozyten. CAP2-defiziente Thrombozyten waren geringfügig größer als WT-Kontrollen und zeigten eine erhöhte GPIIbIIIa-Aktivierung und P-Selektin-Rekrutierung nach Stimulation durch die (hem)ITAM-spezifischen Agonisten collagen-related peptide und Rhodozytin. Demgegenüber verlief die Adhäsion (sog. spreading) CAP2-defizienter Thrombozyten auf einer Fibrinogen-Matrix unverändert. Dies legt den Schluss nahe, dass die funktionell redundante CAP1-Isoform in der Lage ist, den Mangel an CAP2 in Mäusethrombozyten zu kompensieren. Darüber hinaus offenbarten die in dieser Dissertation präsentierten Untersuchungen eine schwere Makrothrombozytopenie, welche unabhängig von dem veränderten Cap2-Allel auftrat und welche vorläufig als orphan (orph) bezeichnet wurde. Das Kreuzen der entsprechenden Mäuse mit C57BL/6J-Wildtyp-Tieren enthüllte einen autosomal rezessiven Erbgang. Orph-Mäuse waren anämisch und entwickelten eine Milzvergrößerung sowie eine Knochenmarkfibrose, was einen generellen hämatopoetischen Defekt nahelegte. Bemerkenswerterweise waren Knochenmarksmegakaryozten von orph-Mäusen morphologisch auffällig und gaben allem Anschein nach Thrombozyten ektop in das Knochenmarkstroma ab, was auf eine defekte Thrombopoese als Ursache für die niedrigen Thrombozytenzahlen hindeutet. Orph-Thrombozyten zeigten ausgesprochene Aktivierungsdefekte und adhärierten kaum auf Fibrinogen. Der unveränderte Gehalt an Proteinen lenkte den Verdacht auf eine defekte Exozytose von Alpha-Granula als Ursache der Mindererregbarkeit. Des Weiteren war das Zytoskelett von orph-Thrombozyten durch unorganisierte Mikrotubuli und Akkumulationen von filamentösem Aktin charakterisiert. Weitere Experimente sind jedoch notwendig, um die Aktivierungsdefekte und die Zytoskelettveränderungen aufzuklären. Vor allem aber muss die Genmutation, welche für den Phänotyp der orph-Mäuse verantwortlich ist, mittels Sequenziermethoden der nächsten Generation (next-generation sequencing) aufgeklärt werden um Aufschluss über die zugrunde liegende genetische und mechanistische Ursache zu geben.

Die Immunthrombozytopenie (ITP) ist eine erworbene Autoimmunerkrankung, bei der sich Autoantikörper gegen Thrombozyten bilden. Dadurch werden diese, unter anderem in der Milz, vermehrt abgebaut und es treten Blutungskomplikationen auf. Der fehlgeleiteten Immunabwehr wird versucht mit medikamentösen Therapien wie z. B. mit Glucocorticoiden und Rituximab bis hin zur Splenektomie entgegenzuwirken. Im Rahmen dieser Arbeit untersuchte ich durchflusszytometrisch die Verteilung der B-Zell-Subpopulationen bei Patienten mit chronischer, primärer ITP und Gesunden hinsichtlich einer möglichen Störung in der B-Zell-Entwicklung und -Differenzierung. Dabei wurden 7 Knochenmark-, 28 Blut- und 12 Milzproben von ITP-Patienten sowie 5 Knochenmark- und 10 Milzproben von Gesunden aufbereitet. Anschließend wurden die B-Zell-Subpopulationen mittels immunphänotypischer Marker gefärbt um die Proben danach durchflusszytometrisch zu vermessen und zu charakterisieren. Zusätzlich erfolgte der Vergleich zu laboreigenen, bereits etablierten Referenzwerten von 220 Blutproben von Gesunden. Bei den Knochenmarkproben konnten keine signifikanten Unterschiede in der Verteilung von Vorläufer-B-Zellen zwischen den ITP-Patienten und den Gesunden beobachtet werden, d. h. die frühe B-Zell-Entwicklung im Knochenmark erscheint bei der ITP auf zellulärer Ebene nicht beeinträchtigt. Die Analyse der Blutproben zeigte, dass auch keine signifikanten Unterschiede in der Verteilung von naiven B-Zellen zwischen den ITP-Patienten und den Gesunden vorzufinden sind. Dies bekräftigt, dass bei der ITP auf zellulärer Ebene keine Abweichungen in der frühen pre-immunen B-Zell-Entwicklung vorzuliegen scheinen und eine intakte B-Zell-Reifung bis hin zur naiven B-Zelle stattfindet. Es zeigte sich jedoch bei den ITP-Patienten ein erhöhter Anteil an anergen B-Zellen und atypischen Gedächtnis-B-Zellen, von denen allgemein angenommen wird, dass sie aus einer chronischen bzw. dysregulierten antigen-abhängigen B-Zell-Aktivierung entstammen. Aus der Untersuchung der Milzproben zeigte sich zudem, dass bei den ITP-Patienten der Anteil der antikörperproduzierenden Plasmablasten im Vergleich zu den Gesunden erhöht ist. Folglich lassen sich bei der ITP auf zellulärer Ebene vor allem Abweichungen in der späten Phase der B-Zell-Differenzierung nachweisen. Es kann somit angenommen werden, dass Störungen der B-Zell-Entwicklung, wie sie auf zellulärer Ebene bei verschiedenen mit sekundärer ITP einhergehenden Erkrankungen (systemischer Lupus erythematodes, variables Immundefektsyndrom) beschrieben wurden, bei der primären ITP nicht für die Produktion von antithrombozytären Antikörpern notwendig sind. Eine weitere detaillierte Aufarbeitung, auf welcher Ebene der B-Zell-Differenzierung der Toleranzverlust gegenüber thrombozytären Antigenen auftritt, ist entscheidend für die zukünftige Entwicklung spezifischer, zellgerichteter Therapien. / Immune thrombocytopenia (ITP) is an acquired autoimmune disease in which autoantibodies against platelets are produced. As a result, the platelets are increasingly reduced in the spleen, and bleeding disorders occur. The misdirected immune defense is tried to counteract with drug therapies such as glucocorticoids and rituximab up to surgery with splenectomy. In this study, I used flow cytometry to investigate the distribution of B-cell subpopulations in patients with chronic, primary ITP and healthy individuals regarding possible disruptions in B-cell development and differentiation. 7 bone marrow, 28 blood and 12 spleen samples from ITP patients as well as 5 bone marrow and 10 spleen samples from healthy individuals were processed. The B-cell subpopulations were stained using immunophenotypic markers to measure and characterize the samples by flow cytometry. In addition, the results were compared with the laboratory's own established reference values of 220 blood samples from healthy individuals. No significant differences in the distribution of precursor B cells between the ITP patients and the healthy subjects could be observed in the bone marrow samples. Therefore, the early B-cell development in the bone marrow does not appear to be impaired in ITP at the cellular level. The analysis of the blood samples showed that there were no significant differences in the distribution of naive B cells between the ITP patients and the healthy individuals. This confirms that in ITP at the cellular level there seem to be no deviations in the early pre-immune B-cell development and that intact B-cell maturation takes place up to naive B-cells. However, ITP patients revealed an increased proportion of anergic B-cells and atypical memory B-cells, which are generally assumed to originate from chronic or dysregulated antigen-dependent B-cell activation. The examination of the spleen samples also displayed that the proportion of antibody-producing plasmablasts in ITP patients is higher than in healthy individuals. Consequently, in ITP at the cellular level especially deviations in the late phase of B-cell differentiation can be detected. It can thus be assumed that disorders of B-cell development, as described at the cellular level in various diseases associated with secondary ITP (systemic lupus erythematosus, variable immunodeficiency syndrome), are not necessary for the production of anti-platelet antibodies in primary ITP. A further detailed investigation at which stage of the B-cell differentiation a loss of tolerance to platelet antigens occurs is crucial for the future development of specific, cell-directed therapies.

Background: Bernard-Soulier syndrome (BSS) is a severe congenital bleeding disorder characterized by thrombocytopenia, thrombocytopathy and decreased platelet adhesion. BSS results from genetic alterations of the glycoprotein (GP) Ib/IX/V complex. Methods: We report on a patient demonstrating typical BSS phenotype (thrombocytopenia with giant platelets, bleeding symptoms). However, BSS was not diagnosed until he reached the age of 39 years. Results: Flow cytometry of the patient’s platelets revealed absence of GPIb/IX/V receptor surface expression. In addition, immunofluorescence analysis of patient’s platelets demonstrated very faint staining of GPIX. A novel homozygous deletion comprising 11 nucleotides starting at position 1644 of the GPIX gene was identified using molecular genetic analysis. Conclusions: The novel 11-nucleotide deletion (g.1644_1654del11) was identified as causing the bleeding disorder in the BSS patient. This homozygous deletion includes the last 4 nucleotides of the Kozak sequence as well as the start codon and the following 4 nucleotides of the coding sequence. The Kozak sequence is a region indispensable for the initiation of the protein translation process, thus preventing synthesis of functional GPIX protein in the case of deletion. / Hintergrund: Das Bernard-Soulier-Syndrom (BSS) ist eine angeborene Blutungsstörung, die mit Thrombozytopenie, Thrombozytopathie und verminderter Thrombozytenadhäsion assoziiert ist. BSS wird durch genetische Veränderungen des Glykoprotein(GP)-Ib/IX/V-Komplexes verursacht. Methoden: Wir berichten über einen Patienten mit typischem BSS-Phänotyp (Thrombozytopenie mit Riesenthrombozyten, Blutungssymptome). Dennoch wurde die Diagnose BSS erst im Alter von 39 Jahren gestellt. Ergebnisse: Die Durchflusszytometrie der Thrombozyten des Patienten ergab eine fehlende Oberflächenexpression des GPIb/IX/V-Rezeptors. Zusätzlich zeigten Immunfluoreszenz-Analysen der Thrombozyten eine nur sehr schwache Anfärbung von GPIX. In der molekulargenetischen Analyse wurde eine noch nicht bekannte homozygote Deletion von 11 Nukleotiden (beginnend an Position 1644 im GPIX-Gen) identifiziert. Schlussfolgerungen: Diese neue Deletion von 11 Nukleotiden (g.1644_1654del11) wurde als Ursache für die vermehrte Blutungsneigung bei dem BSS-Patienten identifiziert. Von der homozygoten Deletion betroffen sind die letzten 4 Nukleotide der Kozak-Sequenz sowie das Startkodon und weitere 4 Nukleotide des kodierenden Bereichs. Die Kozak-Sequenz ist unerlässlich für die Initiation der Translation in der Proteinbiosynthese, so dass die bei dem Patienten nachgewiesene Deletion die Synthese des funktionellen GPIX-Proteins verhindert. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Background: Bernard-Soulier syndrome (BSS) is a severe congenital bleeding disorder characterized by thrombocytopenia, thrombocytopathy and decreased platelet adhesion. BSS results from genetic alterations of the glycoprotein (GP) Ib/IX/V complex. Methods: We report on a patient demonstrating typical BSS phenotype (thrombocytopenia with giant platelets, bleeding symptoms). However, BSS was not diagnosed until he reached the age of 39 years. Results: Flow cytometry of the patient’s platelets revealed absence of GPIb/IX/V receptor surface expression. In addition, immunofluorescence analysis of patient’s platelets demonstrated very faint staining of GPIX. A novel homozygous deletion comprising 11 nucleotides starting at position 1644 of the GPIX gene was identified using molecular genetic analysis. Conclusions: The novel 11-nucleotide deletion (g.1644_1654del11) was identified as causing the bleeding disorder in the BSS patient. This homozygous deletion includes the last 4 nucleotides of the Kozak sequence as well as the start codon and the following 4 nucleotides of the coding sequence. The Kozak sequence is a region indispensable for the initiation of the protein translation process, thus preventing synthesis of functional GPIX protein in the case of deletion. / Hintergrund: Das Bernard-Soulier-Syndrom (BSS) ist eine angeborene Blutungsstörung, die mit Thrombozytopenie, Thrombozytopathie und verminderter Thrombozytenadhäsion assoziiert ist. BSS wird durch genetische Veränderungen des Glykoprotein(GP)-Ib/IX/V-Komplexes verursacht. Methoden: Wir berichten über einen Patienten mit typischem BSS-Phänotyp (Thrombozytopenie mit Riesenthrombozyten, Blutungssymptome). Dennoch wurde die Diagnose BSS erst im Alter von 39 Jahren gestellt. Ergebnisse: Die Durchflusszytometrie der Thrombozyten des Patienten ergab eine fehlende Oberflächenexpression des GPIb/IX/V-Rezeptors. Zusätzlich zeigten Immunfluoreszenz-Analysen der Thrombozyten eine nur sehr schwache Anfärbung von GPIX. In der molekulargenetischen Analyse wurde eine noch nicht bekannte homozygote Deletion von 11 Nukleotiden (beginnend an Position 1644 im GPIX-Gen) identifiziert. Schlussfolgerungen: Diese neue Deletion von 11 Nukleotiden (g.1644_1654del11) wurde als Ursache für die vermehrte Blutungsneigung bei dem BSS-Patienten identifiziert. Von der homozygoten Deletion betroffen sind die letzten 4 Nukleotide der Kozak-Sequenz sowie das Startkodon und weitere 4 Nukleotide des kodierenden Bereichs. Die Kozak-Sequenz ist unerlässlich für die Initiation der Translation in der Proteinbiosynthese, so dass die bei dem Patienten nachgewiesene Deletion die Synthese des funktionellen GPIX-Proteins verhindert. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.