Master-Seminar Benjamin Hanf 13.06.2012 Phosphatidylserin-Exposition an der Membran roter Blutzellen als Apoptose-Marker und Aggregationsparameter Master-Seminar Benjamin Hanf 13.06.2012

Grundlagen: PS PS: Phosphatidylserin Vorlesung I. Bernhardt Biophysik Lipid-Übersicht

Grundlagen: Aufrechterhaltung der Asymmetrischen Lipid-Verteilung im Bilayer 10x 1x Modell Bilayer (Modifiziert nach Zwaal et al., 2005)

Aussortieren alter Blutzellen in der Milz (Hämoglobin) Retikulozyt (RNA / DNA Reste) Phagozytose Max. 120 Tage 4 Lebenszyklus RBCs (Modifiziert nach Silbernagel und Despoupolos et al., 2004)

PS: Bedeutung bei Thrombusbildung Thrombusbildung altes Modell (modifiziert nach http://www.highimpact.com/animations/medical-animations/MED01296/ )

Thrombusbildung neues Modell Thrombusbildung (Modifiziert nach B. Nguyen 2010)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Entwicklung des Modells der PS-Exposition Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ A23187 PGE2, LPA Ca2+ Ca2+ PKC aktiviert Scramblase PS  PS PMA induziert H2O, K+, Cl- Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

PS-Exposition mit LPA, A23187 und PMA PS-Exposition von RBCs mit LPA, A23187 und PMA (Bach Nguyen 2010)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Entwicklung des Modells der PS-Exposition Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ A23187 PGE2, LPA Ca2+ Ca2+ PKC aktiviert Scramblase PS  PS PMA induziert H2O, K+, Cl- Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Entwicklung des Modells der PS-Exposition Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ A23187 Ca2+ PKC aktiviert Scramblase PS  PS PMA induziert H2O, K+, Cl- Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

Modell PMA: Einfluss von Ca2+ auf die PS-Exposition PS-Exposition von RBCs mit PMA +/- Ca2+ (Bach Nguyen 2010)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Entwicklung des Modells der PS-Exposition Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ A23187 PGE2, LPA Ca2+ Ca2+ PKC aktiviert Scramblase PS  PS PMA induziert Bei PMA ist Ca2+ Einstrom nicht alleine verantwortlich, bei LPA/A23 spielt Gardos-Kanal mit eine Rolle. H2O, K+, Cl- Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

Einfluss von PKC auf die PS-Exposition PKC inhibiert Aaminophospholipid Translocasen  erhöhter PS-Exposure Inhibierung der PKC und Einfluss auf die PS-Exposition von RBCs (Bach Nguyen 2010)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Entwicklung des Modells der PS-Exposition Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ A23187 LPA Ca2+ PKC Scramblase PS  PS induziert H2O, K+, Cl- Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

Einfluss von Gardos-Kanal auf die PS-Exposition Mögliche Erklärung: K+ efflux wird durch Ca2+ influx kompensiert, dadurch muss aber Ca2+ Pumpe mehr arbeiten, mehr ATP wird verbraucht, nach 24h spät. ATP verbraucht und Ca2+ Peak ist zu hoch. Dadurch Induktion der Scramblase. Links: Immitierter Gardos-Kanal mittels Valinomycin (Ionophor, K+-Transport) Rechts: Blockierung des Gardos-Kanals (Bach Nguyen 2010)

Entwicklung des Modells der PS-Exposition A23187 A23187 Ca2+ Ca2+ PKC Scramblase PS  PS induziert H2O, K+, Cl- Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

Einfluss von Gardos-Kanal auf die PS-Exposition Stimulierung der RBC mit A23187 und Inhibierung des Gardos-Kanals mit Charybdoxin (Bach Nguyen 2010)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Entwicklung des Modells der PS-Exposition Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ A23187 PGE2, LPA Ca2+ Ca2+ PKC aktiviert Scramblase PS  PS PMA induziert Bei PMA ist Ca2+ Einstrom nicht alleine verantwortlich, bei LPA/A23 spielt Gardos-Kanal mit eine Rolle. H2O, K+, Cl- Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Entwicklung des Modells der PS-Exposition Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ A23187 PGE2, LPA Ca2+ mOsm Ca2+ PKC aktiviert Scramblase PS  PS PMA induziert Bei PMA ist Ca2+ Einstrom nicht alleine verantwortlich, bei LPA/A23 spielt Gardos-Kanal mit eine Rolle. H2O, K+, Cl- Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

Einfluss von osmotischen Druck auf die PS-Exposition Schwarz: Ohne Ca2+ Weiß: Mit Ca2+ Physiologische Lösung bei 305 Einfluss von osmotischen Druck auf die PS-Exposition (Bach Nguyen 2010)

Einfluss von osmotischen Druck auf die PS-Exposition Schwarz: Ohne Ca2+ Weiß: Mit Ca2+ Physiologische Lösung bei 305 Einfluss von osmotischen Druck auf die PS-Exposition (Bach Nguyen 2010)

Einfluss von Vorhandensein von ATP auf die PS-Exposition Einfluss von ATP auf die PS-Exposition (Bach Nguyen 2010)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Entwicklung des Modells der PS-Exposition Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ A23187 PGE2, LPA Ca2+ mOsm Ca2+ PKC aktiviert Scramblase PS  PS PMA induziert Flippase H2O, K+, Cl- X*ATP PS  PS Ca2+ Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Entwicklung des Modells der PS-Exposition Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ A23187 PGE2, LPA Ca2+ mOsm Ca2+ PKC aktiviert Scramblase PS  PS PMA induziert Flippase Caspasen Caspasen sind eine Gruppe von Proteasen mit einem Cystein im aktiven Zentrum (Cysteinproteasen). Sie spalten Peptidbindungen C-Terminal von Aspartat. Daher der Name: Caspase (Englisch cysteinyl-aspartate specific protease). Caspasen sind die wichtigsten Enzyme der Apoptose, dem programmierten Zelltod. H2O, K+, Cl- Oxidativer Stress X*ATP PS  PS Ca2+ Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

Einfluss von Caspasen und oxidativem Stress auf die PS-Exposition Aktivierung der Caspasen durch ZnCl2, Oxidativer Stress durch tert-Butyl-Perhydroxid (Bach Nguyen 2010)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Entwicklung des Modells der PS-Exposition Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ A23187 PGE2, LPA Ca2+ mOsm Ca2+ PKC aktiviert Scramblase PS  PS PMA induziert Flippase Caspasen Caspasen sind eine Gruppe von Proteasen mit einem Cystein im aktiven Zentrum (Cysteinproteasen). Sie spalten Peptidbindungen C-Terminal von Aspartat. Daher der Name: Caspase (Englisch cysteinyl-aspartate specific protease). Caspasen sind die wichtigsten Enzyme der Apoptose, dem programmierten Zelltod. H2O, K+, Cl- Oxidativer Stress X*ATP PS  PS Ca2+ Gardos-Kanal H2O, K+, Cl- Signalkaskade von RBCs (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

Relevanz von intrazellulärem Ca2+ auf die PS-Exposition Weiß: Fluo-4 (Ca2+) + Annexin V (PS) Gelb: Nur Fluo-4 (Bach Nguyen 2010) Beispiel einer Zelladhäsion bei RBCs induziert durch LPA (Steffen 2011)

Adhärentes Verhalten von RBCs mit A23187, LPA und PMA PS---Ca2+---PS Rezeptor CD36 Adhäsion von RBCs durch Phosphatidylserin (Bach Nguyen 2010, Yamaja Setti et al., 2002)

Adhäsion von RBCs mit Ca2+ und Rezeptor CD36 fluorescence activated cell sorting Ca2+ CD36 FACS-Messung von Adhäsion von RBCs mit Ca2+ und Rezeptor CD36, mitte: Negativkontrolle (Yamaja Setti et al., 2002)

Modell zur Adhäsion von RBCs mit Ca2+ und Rezeptor CD36 Adhäsion von RBCs mit Ca2+ und Rezeptor CD36, blaue Punkte: PS, rosa Y: CD36 (Bach Nguyen 2010)

Bsp. An Krankheiten: Fehler in PS-Exposition - Scott-Syndrom (Bluterkrankheit) Antiphospholipid-Syndrom (erhöhtes Risiko zu Thrombosen) Sichelzellanämie (erhöhte PS-Exposition  Risiko zu Thrombosen) Nierensteine (Bindung von Ca2+ auf Nierenzellen) - Malaria (erhöhter oxidativer Stress sowie Ca2+ -Aufnahme  Risiko zu Thrombosen)

Scott-Syndrom (Bluterkrankheit) PGE2, LPA PS PS PS PS Scramblase PS  PS (seltene Bluterkrankheit, Ca2+- induzierter Mechanismus, durch den PS auf die Membranaußenseite transportiert wird, defekt) PS PS RBC (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

Antiphospholipid-Syndrom (erhöhtes Risiko für Thrombose) PS PS PS PS PS (binden an die mit Phospholipid - assoziierte Proteine, führt häufig zu Thrombosen) mit Phospholipid - assoziiertes Protein Antiphospholipid 33 RBC (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Sichelzellanämie (erhöhtes Risiko für Thrombose) Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ Ca2+ Ca2+ Scramblase PS  PS Ca2+ Translocase (Fehler im Hämoglobin resultiert in Formänderung (Sichelzellen), Subpopulation mancher Zellen erhöhte PS Exposition da Amoniphospholipid-Translocase ohne Funktion ist, oder kurzzeitig aktivierte Scramblase durch erhöhten Ca2+-Einstrom) PS  PS RBC (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

Nierenzelle (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004) Nierensteine Oxalat-Kristall PS PS PS PS (PS-Exposition auf Nierenzellen führen zu Bindung von Calcium-Oxalat-Kristallen auf Oberfläche) Nierenzelle (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

(2-wertige Kationen; Ca2+) Malaria (erhöhtes Risiko für Thrombose) Kationen-Kanal (2-wertige Kationen; Ca2+) Ca2+ Scramblase PS  PS PS  PS (parasitäre Erkrankung, die hohen oxidativen Stress sowie erhöhte Calcium-Aufnahme verursacht) Oxidativer Stress RBC (Modifiziert nach Kaestner et al., 2004)

Zusammenfassung Modell der PS-Exposition von RBCs Signalmolekülen (Gardos-Kanal, Ca2+) oxidativer Stress osmotischer Druck Einfluss von Caspasen Modell zur Adhäsion von PS PS---Ca2+---PS Rezeptor CD36 Krankheiten bei fehlerhafter PS-Exposition 5 Beispiele

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