TY - RPRT ED - Nieswandt, Bernhard T1 - Platelets – Molecular, cellular and systemic functions in health and disease T1 - Thrombozyten – molekulare, zelluläre und systemische Funktionen unter physiologischen und pathologischen Bedingungen (SFB/TR240 - Abschlussbericht BT - Final Report (2018/2 - 2023/1) N2 - Besides their central role in haemostasis and thrombosis, platelets are increasingly recognised as versatile effector cells in inflammation, the innate and adaptive immune response, extracellular matrix reorganisation and fibrosis, maintenance of barrier and organ integrity, and host response to pathogens. These platelet functions, referred to as thrombo-inflammation and immunothrombosis, have gained major attention in the COVID-19 pandemic, where patients develop an inflammatory disease state with severe and life-threatening thromboembolic complications. In the CRC/TR 240, a highly interdisciplinary team of basic, translational and clinical scientists explored these emerging roles of platelets with the aim to develop novel treatment concepts for cardiovascular disorders and beyond. We have i) unravelled mechanisms leading to life-threatening thromboembolic complica-tions following vaccination against SARS-CoV-2 with adenoviral vector-based vaccines, ii) identified unrecognised functions of platelet receptors and their regulation, offering new potential targets for pharmacological intervention and iii) developed new methodology to study the biology of megakar-yocytes (MKs), the precursor cells of platelets in the bone marrow, which lay the foundation for the modulation of platelet biogenesis and function. The projects of the CRC/TR 240 built on the unique expertise of our research network and focussed on the following complementary fields: (A) Cell bi-ology of megakaryocytes and platelets and (B) Platelets as regulators and effectors in disease. To achieve this aim, we followed a comprehensive approach starting out from in vitro systems and animal models to clinical research with large prospective patient cohorts and data-/biobanking. Despite the comparably short funding period the CRC/TR 240 discovered basic new mechanisms of platelet biogenesis, signal transduction and effector function and identified potential MK/platelet-specific molecular targets for diagnosis and therapy of thrombotic, haemorrhagic and thrombo-inflammatory disease states. N2 - Thrombozyten sind von zentraler Bedeutung für die Hämostase, aber auch bei der Entstehung akuter thrombotischer Erkrankungen wie Herzinfarkt oder Schlaganfall. Darüber hinaus sind Thrombozyten aber auch vielseitige Effektorzellen von Entzündungsprozessen, der angeborenen Immunität, bei zellulären Abwehrmechanismen sowie bei der Aufrechterhaltung der Gefäß- und Organintegrität. Diese neuen, als Thrombo-Inflammation und Immunothrombose bezeichneten Funktionen haben im Rahmen der COVID-19 Pandemie große Aufmerksamkeit erlangt, da betroffene Patienten systemische Entzündungszustände in Verbindung mit thromboembolischen Komplikationen aufweisen, die oft auch tödlich verlaufen. Im SFB/TR 240 arbeitete ein interdisziplinäres Team von grundlagenorientierten, translationalen und klinischen Wissenschaftlern zusammen an der Erforschung dieser neuartigen Thrombozytenfunktionen mit dem Ziel, neue verbesserte Therapiemöglichkeiten für kardiovaskuläre, aber auch andere Erkrankungen zu entwickeln. Während der Förderphase haben wir i) die Mechanismen aufgeklärt, die in seltenen Fällen nach Impfung mit Adenovirus-basierten Vakzinen gegen Sars-CoV-2 zu lebensbedrohlichen thromboembolischen Komplikationen führten, ii) neue Funktionen und Regulationsmechanismen thrombozytärer Rezeptoren identifiziert, die Grundlage zur therapeutischen Intervention sein könnten und iii) neue Technologien entwickelt, die vertiefte Studien zur Biologie der Megakaryozyten, den Vorläuferzellen der Thrombozyten im Knochenmark, ermöglichen und den Weg zu einer gezielten Beeinflussung der Thrombozytenbiogenese und –funktion ebnen könnten. Die Projekte des TR 240 konzentrierten sich auf die folgenden komplementären Forschungsgebiete: (A) Zellbiologie der Megakaryozyten und Thrombozyten mit dem Ziel eines verbesserten Verständnisses der grundlegenden Funktionen beider Zelltypen und (B) Thrombozyten als Modulatoren und Effektoren bei Erkrankungen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde ein sehr umfassender Ansatz verfolgt, der sich von in vitro Systemen über Tiermodelle bis hin zur klinischen Forschung mit Biobanken und großen, prospektiven Patientenkohorten erstreckte. Der SFB/TR 240 konnte in der vergleichsweisen kurzen Zeit seiner Förderung grundlegend neue Erkenntnisse zu den Mechanismen der Thrombozytenbiogenese, Thrombozyten-Signaltransduktion und -Effektorfunktionen erarbeiten und neue MK/Thrombozyten-spezifische Angriffspunkte für Diag-nose und Therapie thrombotischer, hämorrhagischer und thrombo-inflammatorischer Erkrankungen identifizieren. KW - Thrombozyt KW - platelets KW - thrombo-inflammation KW - haemostasis KW - stroke KW - megakaryocytes KW - Sonderforschungsbereich Transregio 240 KW - Bericht KW - Collaborative Research Center KW - Experimental Biomedicine Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-359636 ER - TY - THES A1 - Kurz, Hendrikje T1 - Regulation of ion conductance and cAMP/cGMP concentration in megakaryocytes by light T1 - Regulation der Ionenleitfähigkeit und cAMP/cGMP Konzentration in Megakaryozyten durch Licht N2 - Platelets play an essential role in haemostasis. Through granule secretion of second wave mediators and aggregation, they secure vascular integrity. Due to incorrect activation, platelet aggregation and subsequent thrombus formation can cause blood vessel occlusion, leading to ischemia. Patients with defects in platelet production have a low platelet count (thrombocytopenia), which can cause an increased bleeding risk. In vitro platelet generation is still in its development phase. So far, no convincing results have been obtained. For this reason, the health care system still depends on blood donors. Platelets are produced by bone marrow megakaryocytes (MKs), which extend long cytoplasmic protrusions, designated proplatelets, into sinusoidal blood vessels. Due to shear forces, platelets are then released into the bloodstream. The molecular mechanisms underlying platelet production are still not fully understood. However, a more detailed insight of this biological process is necessary to improve the in vitro generation of platelets and to optimise treatment regimens of patients. Optogenetics is defined as “light-modulation of cellular activity or of animal behaviour by gene transfer of photo-sensitive proteins”. Optogenetics has had a big impact on neuroscience over the last decade. The use of channelrhodopsin 2 (ChR2), a light-sensitive cation channel, made it possible to stimulate neurons precisely and minimally invasive for the first time. Recent developments in the field of optogenetics intend to address a broader scope of cellular and molecular biology. The aim of this thesis is to establish optogenetics in the field of MK research in order to precisely control and manipulate MK differentiation. An existing “optogenetic toolbox“ was used, which made it possible to light-modulate the cellular concentration of specific signalling molecules and ion conductance in MKs. Expression of the bacterial photoactivated adenylyl cyclase (bPAC) resulted in a significant increase in cAMP concentration after 5 minutes of illumination. Similarly, intracellular cGMP concentrations in MKs expressing photoactivated guanylyl cyclase (BeCyclop) were elevated. Furthermore, proplatelet formation of MKs expressing the light-sensitive ion channels ChR2 and anion channelrhodopsin (ACR) was altered in a light-dependent manner. These results show that MK physiology can be modified by optogenetic approaches. This might help shed new light on the underlying mechanisms of thrombopoiesis. N2 - Thrombozyten sind für die primäre Hämostase verantwortlich und unterstützen die Blutgerinnung. Durch ihre Aggregation und die Synthese bzw. Freisetzung von in Granula gespeicherten second wave Mediatoren, sichern sie die Integrität der Blutgefäße. Werden Thrombozyten fälschlicherweise aktiviert, kann es zu einem Gefäßverschluss durch Thrombusbildung mit daraus resultierender Ischämie kommen. Patienten mit einer defekten Thrombozytopoese weisen eine reduzierte Thrombozytenzahl (Thrombozytopenie) auf, die mit einer erhöhten Blutungsneigung assoziiert ist. Bisher gibt es keine überzeugenden Ansätze, die eine Thrombozytenproduktion in vitro ermöglichen. Aus diesem Grund ist das Gesundheitswesen, in der Versorgung der bedürftigen Patienten mit Thrombozytenkonzentraten, auf Blutspender angewiesen. Thrombozyten werden im Knochenmark von ihren Vorläuferzellen, den Megakaryozyten (MKs) produziert. Diese bilden lange zytoplasmatische Fortsätze aus, die Proplättchen genannt werden. Durch die Scherkräfte des Blutstroms in den sinuosoidalen Blutgefäßen, schnüren sich Thrombozyten von den Proplättchen ab. Bisher sind die molekularen Prozesse der Thrombozytenproduktion noch weitgehend unverstanden. Ein besseres Verständnis des Vorgangs ist die Voraussetzung für eine Weiterentwicklung der in vitro Thrombozytengenerierung und einer optimierten Patientenbehandlung. Unter Optogenetik versteht man die Übertragung lichtempfindlicher Proteine in zuvor nicht lichtempfindliche Zellen. Dadurch wird eine nicht-invasive Beeinflussung von Zellvorgängen oder des Verhaltens von Tieren durch Licht ermöglicht. Das Feld der Optogenetik, besonders der lichtempfindliche Kanal Channelrhodopsin 2 (ChR2), hatte einen großen Einfluss auf die neuronale Forschung. Durch ihn war es möglich, Neuronen gezielt nicht-invasiv zu aktivieren und Kreisläufe zu untersuchen. Mittlerweile wurde das Spektrum auf eine Vielzahl von Forschungsgebieten und Zelltypen ausgeweitet. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Methoden der Optogenetik in MKs zu etablieren. Dadurch soll ein Weg gefunden werden, die Megakaryozytenreifung gezielt zu kontrollieren bzw. zu manipulieren. Die bereits vorhandene „optogenetische Toolbox“ wurde verwendet, um die intrazellulären Konzentrationen bestimmter Signalmoleküle und Ionen in MKs zu verändern. Durch die Expression der bakteriellen fotoaktivierbaren Adenylatzyklase (bPAC), wurde die cAMP Konzentration nach 5 min Lichtgabe signifikant erhöht. Ebenfalls ist es durch die Expression der fotoaktivierbaren Guanylatzyklase (BeCyclop) gelungen, die intrazelluläre cGMP Konzentration in MKs durch Belichtung zu erhöhen. Darüber hinaus konnte der Vorgang der Proplättchenformierung in MKs, welche die lichtempfindlichen Ionenkanäle ChR2 und Anion Channelrhodopsin (ACR) exprimierten, durch Licht beeinflusst werden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Beeinflussung der Megakaryozytenphysiologie durch Optogenetik möglich ist. Die Erkenntnisse können dazu beitragen, die Vorgänge der Thrombozytopoese in Zukunft besser zu verstehen. KW - optogenetics KW - megakaryocytes KW - Optogenetik KW - Megakaryozyt KW - proplatelets KW - second messenger Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-216947 ER - TY - JOUR A1 - Cullmann, Katharina A1 - Jahn, Magdalena A1 - Spindler, Markus A1 - Schenk, Franziska A1 - Manukjan, Georgi A1 - Mucci, Adele A1 - Steinemann, Doris A1 - Boller, Klaus A1 - Schulze, Harald A1 - Bender, Markus A1 - Moritz, Thomas A1 - Modlich, Ute T1 - Forming megakaryocytes from murine‐induced pluripotent stem cells by the inducible overexpression of supporting factors JF - Research and Practice in Thrombosis and Haemostasis N2 - Background Platelets are small anucleate cells that circulate in the blood in a resting state but can be activated by external cues. In case of need, platelets from blood donors can be transfused. As an alternative source, platelets can be produced from induced pluripotent stem cells (iPSCs); however, recovered numbers are low. Objectives To optimize megakaryocyte (MK) and platelet output from murine iPSCs, we investigated overexpression of the transcription factors GATA‐binding factor 1 (GATA1); nuclear factor, erythroid 2; and pre–B‐cell leukemia transcription factor 1 (Pbx1) and a hyperactive variant of the small guanosine triphosphatase RhoA (RhoAhc). Methods To avoid off‐target effects, we generated iPSCs carrying the reverse tetracycline‐responsive transactivator M2 (rtTA‐M2) in the Rosa26 locus and expressed the factors from Tet‐inducible gammaretroviral vectors. Differentiation of iPSCs was initiated by embryoid body (EB) formation. After EB dissociation, early hematopoietic progenitors were enriched and cocultivated on OP9 feeder cells with thrombopoietin and stem cell factor to induce megakaryocyte (MK) differentiation. Results Overexpression of GATA1 and Pbx1 increased MK output 2‐ to 2.5‐fold and allowed prolonged collection of MK. Cytologic and ultrastructural analyses identified typical MK with enlarged cells, multilobulated nuclei, granule structures, and an internal membrane system. However, GATA1 and Pbx1 expression did not improve MK maturation or platelet release, although in vitro–generated platelets were functional in spreading on fibrinogen or collagen‐related peptide. Conclusion We demonstrate that the use of rtTA‐M2 transgenic iPSCs transduced with Tet‐inducible retroviral vectors allowed for gene expression at later time points during differentiation. With this strategy we could identify factors that increased in vitro MK production. KW - genetic modification KW - iPS cells KW - megakaryocytes KW - retroviral vectors KW - Tet‐inducible system Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224565 VL - 5 IS - 1 SP - 111 EP - 124 ER - TY - JOUR A1 - Wagner, Nicole A1 - Mott, Kristina A1 - Upcin, Berin A1 - Stegner, David A1 - Schulze, Harald A1 - Ergün, Süleyman T1 - CXCL12-abundant reticular (CAR) cells direct megakaryocyte protrusions across the bone marrow sinusoid wall JF - Cells N2 - Megakaryocytes (MKs) release platelets into the lumen of bone marrow (BM) sinusoids while remaining to reside within the BM. The morphogenetic events of this complex process are still not fully understood. We combined confocal laser scanning microscopy with transmission and serial block-face scanning electron microscopy followed by 3D-reconstruction on mouse BM tissue sections. These analyses revealed that MKs in close vicinity to BM sinusoid (BMS) wall first induce the lateral retraction of CXCL12-abundant reticular (CAR) cells (CAR), followed by basal lamina (BL) degradation enabling direct MK-sinusoidal endothelial cells (SECs) interaction. Subsequently, an endothelial engulfment starts that contains a large MK protrusion. Then, MK protrusions penetrate the SEC, transmigrate into the BMS lumen and form proplatelets that are in direct contact to the SEC surface. Furthermore, such processes are induced on several sites, as observed by 3D reconstructions. Our data demonstrate that MKs in interaction with CAR-cells actively induce BMS wall alterations, including CAR-cell retraction, BL degradation, and SEC engulfment containing a large MK protrusion. This results in SEC penetration enabling the migration of MK protrusion into the BMS lumen where proplatelets that are adherent to the luminal SEC surface are formed and contribute to platelet release into the blood circulation. KW - megakaryocytes KW - microvasculature KW - CXCL12-abundant reticular (CAR)-cells Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234180 SN - 2073-4409 VL - 10 IS - 4 ER - TY - JOUR A1 - Dütting, Sebastian A1 - Gaits-Iacovoni, Frederique A1 - Stegner, David A1 - Popp, Michael A1 - Antkowiak, Adrien A1 - van Eeuwijk, Judith M.M. A1 - Nurden, Paquita A1 - Stritt, Simon A1 - Heib, Tobias A1 - Aurbach, Katja A1 - Angay, Oguzhan A1 - Cherpokova, Deya A1 - Heinz, Niels A1 - Baig, Ayesha A. A1 - Gorelashvili, Maximilian G. A1 - Gerner, Frank A1 - Heinze, Katrin G. A1 - Ware, Jerry A1 - Krohne, Georg A1 - Ruggeri, Zaverio M. A1 - Nurden, Alan T. A1 - Schulze, Harald A1 - Modlich, Ute A1 - Pleines, Irina A1 - Brakebusch, Cord A1 - Nieswandt, Bernhard T1 - A Cdc42/RhoA regulatory circuit downstream of glycoprotein Ib guides transendothelial platelet biogenesis JF - Nature Communications N2 - Blood platelets are produced by large bone marrow (BM) precursor cells, megakaryocytes (MKs), which extend cytoplasmic protrusions (proplatelets) into BM sinusoids. The molecular cues that control MK polarization towards sinusoids and limit transendothelial crossing to proplatelets remain unknown. Here, we show that the small GTPases Cdc42 and RhoA act as a regulatory circuit downstream of the MK-specific mechanoreceptor GPIb to coordinate polarized transendothelial platelet biogenesis. Functional deficiency of either GPIb or Cdc42 impairs transendothelial proplatelet formation. In the absence of RhoA, increased Cdc42 activity and MK hyperpolarization triggers GPIb-dependent transmigration of entire MKs into BM sinusoids. These findings position Cdc42 (go-signal) and RhoA (stop-signal) at the centre of a molecular checkpoint downstream of GPIb that controls transendothelial platelet biogenesis. Our results may open new avenues for the treatment of platelet production disorders and help to explain the thrombocytopenia in patients with Bernard–Soulier syndrome, a bleeding disorder caused by defects in GPIb-IX-V. KW - megakaryocytes KW - blood platelets KW - regulatory circuit downstream KW - glycoprotein Ib Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170797 VL - 8 IS - 15838 ER - TY - JOUR A1 - Stegner, David A1 - van Eeuwijk, Judith M.M. A1 - Angay, Oğuzhan A1 - Gorelashvili, Maximilian G. A1 - Semeniak, Daniela A1 - Pinnecker, Jürgen A1 - Schmithausen, Patrick A1 - Meyer, Imke A1 - Friedrich, Mike A1 - Dütting, Sebastian A1 - Brede, Christian A1 - Beilhack, Andreas A1 - Schulze, Harald A1 - Nieswandt, Bernhard A1 - Heinze, Katrin G. T1 - Thrombopoiesis is spatially regulated by the bone marrow vasculature JF - Nature Communications N2 - In mammals, megakaryocytes (MKs) in the bone marrow (BM) produce blood platelets, required for hemostasis and thrombosis. MKs originate from hematopoietic stem cells and are thought to migrate from an endosteal niche towards the vascular sinusoids during their maturation. Through imaging of MKs in the intact BM, here we show that MKs can be found within the entire BM, without a bias towards bone-distant regions. By combining in vivo two-photon microscopy and in situ light-sheet fluorescence microscopy with computational simulations, we reveal surprisingly slow MK migration, limited intervascular space, and a vessel-biased MK pool. These data challenge the current thrombopoiesis model of MK migration and support a modified model, where MKs at sinusoids are replenished by sinusoidal precursors rather than cells from a distant periostic niche. As MKs do not need to migrate to reach the vessel, therapies to increase MK numbers might be sufficient to raise platelet counts. KW - bone marrow KW - megakaryocytes KW - thrombopoiesis Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170591 VL - 8 IS - 127 ER - TY - THES A1 - Krohne, Katharina T1 - Die Rolle des Proteins VASP für die Proliferation und Differenzierung hämatopoetischer Stammzellen T1 - The role of the VASP-Protein for the proliferation and differentiation of hematopoietic stem cells N2 - Im Rahmen der Arbeit wurden in mehreren Teilprojekten die Eigenschaften und Funktionen des Vasodilatator stimulierenden Phosphoproteins (VASP) untersucht. Es wurde ein neuer Antikörper (5C6) charakterisiert, der für an Serin157 phosphoryliertes VASP spezifisch sein sollte. Es konnte gezeigt werden, dass der 5C6 Antikörper spezifisch VASP erkennt, welches an der Stelle Serin157 phosphoryliert ist. Auch konnten mit dem neuen Antikörper Ergebnisse bestätigt werden, die vorher mit anderen Methoden erhoben wurden, nämlich, dass Serin157 sowohl cAMP- als auch cGMP-vermittelt phosphoryliert wird. Der Antikörper 5C6 stellte sich als ein guter Marker für die Phosphorylierung von VASP an Serin157 durch die PKA dar und ermöglichte, die Zeitkinetik der VASP-Phosphorylierung zu beschreiben. In einem weiteren Projekt wurde die Rolle des Proteins VASP bei der Proliferation und Differenzierung von Knochenmark-Stammzellen zu Megakaryozyten und Thrombozyten untersucht. Die Stammzellen wurden zusätzlich zu Wachstumsfaktoren mit unterschiedlichen Dosen eines cGMP-Analogons stimuliert. Es zeigte sich hierbei, dass 8-pCPT-cGMP einen dualen, konzentrationsabhängigen Effekt auf die Proliferation und die Differenzierung hämatopoetischer Stammzellen von Wildtypmäusen hat. Niedrige Dosen hemmten die Proliferation und förderten die Differenzierung, dagegen hatten höhere Konzentrationen einen proliferationsfördernden und differenzierungshemmenden Effekt auf die Stammzellen. Im Vergleich hierzu ergab eine Stimulation mit 8-pCPT-cGMP bei VASP knock out Mäusen immer einen proliferationsfördernden Effekt, hingegen einen hemmenden Effekt auf die Differenzierung der hämatopoetischen Stammzellen. Bei den knock out Zellen führten höhere Konzentrationen lediglich zu einer stärkeren Reaktion als niedrige. N2 - The attributes and functions of the vasodilator stimulating phosphoprotein (VASP) were investigated in this work in different projects. A new VASP antibody (5C6) has been characterized. It was shown that this antibody is specific for VASP phosphorylated at Serin157. I confirmed that the phosphorylation at this position was mediated by cAMP as well as by cGMP. This antibody seemed to be a good marker for the phosphorylation of VASP at Serin157 by the PKA and allowed to describe the time kinetics of the VASP- phosphorylation. In a further project the role of VASP for the proliferation and differentiation of hematopoietic stem cells into megakaryocytes and platelets has been analyzed. The stem cells were grown in the presence of growth-factors and cytokines and were stimulated with different amounts of a cGMP-analogue. It could be shown that 8-pCPT-cGMP had a dual concentration depending effect on the proliferation and differentiation of hematopoietic stem cells of wildtype mice. Low amounts of 8-pCPT-cGMP inhibited the proliferation and enhanced the differentiation whereas high amounts enhanced the proliferation and inhibited the differentiation of the stem cells. In contrast, in stem cells from VASP knock out mice the stimulation with 8-pCPT-cGMP showed always an enhancement of the proliferation and an inhibition of the differentiation. The observed effects in the cells of VASP knock out mice increased with the concentration of the cGMP analogue. KW - VASP KW - Thrombozyten KW - 5C6 KW - hämatopoetische Stammzellen KW - Megakaryozyten KW - VASP KW - platelets KW - 5C6 KW - hematopoietic stem cells KW - megakaryocytes Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15639 ER -