Platelets, derived from megakaryocytes (MKs) in the bone marrow (BM), are small, anucleated cells that circulate in the bloodstream and are critical for thrombosis and hemostasis. Megakaryo- and subsequent thrombopoiesis are highly orchestrated processes involving the differentiation and maturation of MKs from hematopoietic stem cells (HSCs), after which MKs are able to release platelets into the bloodstream, a process termed proplatelet formation (PPF). Here, the MK penetrates the endothelial lining and releases cytoplasmic portions (proplatelets) into the blood stream, which finally mature into platelets within the ciruculation. PPF requires an extensive crosstalk as well as a tight regulation of the MK cytoskeleton, in which small GTPases of the Rho family, such as RhoA and Cdc42 are critically involved and play opposing roles. MK and platelet specific Cdc42 or RhoA-deficiency in mice results in macrothrombocytopenia. Moreover, RhoA deficient mice displayed a frequent mislocalization of entire MKs into BM sinusoids, a finding that was reverted upon concomitant lack of Cdc42 but accompanied by an aggravated macrothrombocytopenia. Whether receptors are involved in the process of transendothelial MK migration, however, remained unclear.
In the first part of this thesis, a centrifugation-based method (‘spin isolation’) to harvest murine BM cells was established, which not only reduces experimental time, costs and animals but is also highly suitable for studies on primary and in vitro cultured BM-derived cells. The spin isolation was used particularly for MK studies during the course of the thesis.
In the second part of this thesis, a MK- and platelet-specific RhoA/Cdc42 double-deficiency was shown to result in reduced expression of a variety of MK-specific glycoproteins and cytoskeletal regulators of importance during MK maturation and PPF, a phenotype culminating in virtually abolished platelet biogenesis. We thus uncovered that RhoA/Cdc42-regulated gene expression is a prerequisite for cytoplasmic MK maturation, but dispensable for endomitosis.
In the third part of this thesis we analyzed mice double-deficient in RhoA and prominent MK receptors which are potentially involved in the regulation of PPF in the BM environment. We were able to show that integrins as well as the inhibitory receptor G6b-B are dispensable for transendothelial migration of RhoA-deficient MKs. Surprisingly however, the myelofibrosis and concomitant osteosclerosis observed in G6b-B single-deficient mice was attenuated in RhoA/G6b B double-deficient mice, thus implying an important role of RhoA during myelofibrotic disease progression. BM transplantation experiments furthermore revealed that not only the macrothrombocytopenia but also the transmigration of RhoA-deficient MKs is due to cell-intrinsic defects and not related to possible Pf4-Cre off-target effects in non-hematopoietic cells.
In the last part of this study we demonstrated that the new approach for MK- and platelet-specific gene ablatation using Gp1ba-Cre deleter mice is associated with intrinsic MK defects and in addition results in insufficient depletion of RhoA compared to the Pf4-Cre model, positioning the latter still as the gold standard for studying MK biology. / Thrombozyten, die von Megakaryozyten (MKs) im Knochenmark abgeschnürt werden, sind kleine, kernlose Zellen, die im Blutkreislauf zirkulieren und in Thrombose und Hämostase eine wichtige Rolle spielen. Während der Megakaryopoese differenzieren und reifen MKs von hämatopoetischen Stammzellen heran, um anschließend Thrombozyten in die Sinusoide des Knochenmarks zu entlassen. Dabei durchdringt der MK das Endothel und setzt zytoplasmatische Fragmente in den Blutstrom frei, die schließlich im Blutkreislauf zu Thrombozyten reifen. Der Prozess der Thrombozytenbildung erfordert eine umfangreiche Organisation des MK-Zytoskeletts, an der kleine GTPasen der Rho-Familie wie RhoA und Cdc42 kritisch beteiligt sind, wobei sie dabei gegensätzliche Rollen spielen. Der MK- und Thrombozyten-spezifische Verlust von Cdc42 oder RhoA in Mäusen führte zu einer Makrothrombozytopenie. Darüber hinaus wurde bei RhoA-defizienten Mäusen eine Fehllokalisation ganzer MKs in den Knochenmarkssinusoiden beobachtet, die bei gleichzeitigem Mangel von Cdc42, jedoch auf Kosten einer verschlimmerten Makrothrombozytopenie, wieder rückgängig gemacht wurde. Ob Rezeptoren am Prozess der transendothelialen MK Migration beteiligt sind, blieb bisher jedoch unklar.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde eine zentrifugationsbasierte Methode namens “Spin-Isolation” zur Gewinnung muriner Knochenmarkszellen etabliert, die nicht nur die Versuchszeit, Kosten und Anzahl der benötigten Versuchstiere reduziert, sondern sich auch sehr gut für Studien an primären und in vitro kultivierten Knochenmarkszellen eignet. Die Spin-Isolation wurde insbesondere für MK Studien im Rahmen der Dissertation eingesetzt.
Im zweiten Teil dieser Arbeit zeigten wir, dass der gleichzeitige Verlust von RhoA und Cdc42 in MKs zu einer reduzierten Expression MK-spezifischer Glykoproteine und Zytoskelettregulatoren von Bedeutung für MK Reifung führte, wodurch die Thrombozytenbildung stark beinträchtigt war. Dadurch konnten wir aufzeigen, dass RhoA/Cdc42-regulierte Genexpression eine Voraussetzung für die zytoplasmatische MK-Reifung, nicht aber für die Endomitose, ist.
Im dritten Teil dieser Arbeit analysierten wir Mäuse mit einer Doppeldefizienz in RhoA und prominenten MK-Rezeptoren, die möglicherweise mit der Regulation der Thrombozytenbildung im Knochenmark assoziiert sein könnten. Wir zeigten, dass sowohl Integrine als auch der inhibitorische Rezeptor G6b-B für die transendotheliale Migration von RhoA-defizienten MKs entbehrlich sind. Die bei G6b-B-defizienten Mäusen beobachtete Myelofibrose und Osteosklerose wurde jedoch bei RhoA/G6b-B doppelt defizienten Mäusen abgeschwächt, was eine wichtige Rolle von RhoA in myelofibrotischen Krankheitszuständen impliziert. Knochenmarktransplantationen zeigten darüber hinaus, dass nicht nur die Makrothrombozytopenie, sondern auch die Transmigration von RhoA-defizienten MKs auf zellintrinsische Defekte zurückzuführen ist und nicht mit den berichteten unspezifischen Effekten des Pf4-Cre Systems in nicht-hämatopoetischen Zellen einhergeht.
Im letzten Teil dieser Studie zeigten wir, dass der neue Ansatz für die MK/Thrombozyten-spezifische Gendeletion mithilfe der Gp1ba-Cre Maus mit intrinsischen megakaryozytären Defekten assoziiert ist und darüber hinaus im Vergleich zum Pf4-Cre Modell zu einer unzureichenden Deletion von RhoA führte, wodurch Pf4-Cre immer noch der Goldstandard für Studien zu Megakaryozytenbiologie bleibt.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:21664 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Heib, Tobias |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_ohne_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0028 seconds