Barsom Aktas

• Die Bedeutung der cAMP- und cGMP-abhängigen Proteinkinase für die Hemmung der Plättchenaktivierung und -aggregation ist gut beschrieben. Zahlreiche fundamentale Plättchenantworten wie die Erhöhung der intrazellulären Calciumkonzentration, die Exposition von Adhäsionsrezeptoren und die Aktinpolymerisation können durch die Cyclonukleotid vermittelte Kinasenaktivierung fast vollständig gehemmt werden. Die Vielfalt der cGMP bindenden Proteine und deren synergistische Interaktion mit cAMP vermittelten Signalwegen deuten auf eine Reihe von cGMPDie Bedeutung der cAMP- und cGMP-abhängigen Proteinkinase für die Hemmung der Plättchenaktivierung und -aggregation ist gut beschrieben. Zahlreiche fundamentale Plättchenantworten wie die Erhöhung der intrazellulären Calciumkonzentration, die Exposition von Adhäsionsrezeptoren und die Aktinpolymerisation können durch die Cyclonukleotid vermittelte Kinasenaktivierung fast vollständig gehemmt werden. Die Vielfalt der cGMP bindenden Proteine und deren synergistische Interaktion mit cAMP vermittelten Signalwegen deuten auf eine Reihe von cGMP Zielproteinen hin. Vor kurzem wurde die zentrale Bedeutung einer Gi-Protein Stimulation für die Plättchenaktivierung und –aggregation gezeigt. In dieser Dissertation wurde daher der Frage nachgegangen, ob Signalmoleküle, die an Gi-Protein vermittelten Effekten beteiligt sind, einen Angriffspunkt für cAMP/cGMP-abhängige Proteinkinasen darstellen. Zu diesem Zweck wurden die Effekte erhöhter cGMP Spiegel und die selektive Aktivierung der cGMP-abhängigen Proteinkinase auf die adrenerge und purinerge Rezeptor vermittelte Erniedrigung stimulierter cAMP Konzentrationen untersucht. In unseren Versuchen konnte erstmalig gezeigt werden, dass eine Erhöhung der intrazellulären cGMP Konzentration Gi-Protein vermittelte Signale hemmt. Dieses erfolgt nicht auf Grund einer cGMP stimulierten Aktivierung von cyclonukleotidabbauenden Phosphodiesterasen, sondern auf Grund einer Aktivierung der cGMP-abhängigen Proteinkinase. In Anbetracht der essentiellen Bedeutung der Gi-Protein Stimulation für die Plättchenaktivierung stellt dies einen wichtigen Mechanismus dar, wie das aus dem Endothel freigesetzte NO über cGMP die Thrombozytenfunktion hemmt. Klinisch bedeutsame Substanzen wie Clopidogrel oder Ticlopidin imitieren diesen in vivo Effekt des NO, indem sie extrazellulär über eine Rezeptorhemmung Gi-Protein Stimulation verhindern. (Aktas et al., Biochem Pharmacol 2002; 64: 433-439) Dipyridamol und im Besonderen die Kombination von Dipyridamol und niedrig dosierter Acetylsalicylsäure sind in der Sekundärprävention des Schlaganfalles sehr gut wirksam. Jedoch sind die hierfür zu Grunde liegenden biochemischen Mechanismen noch nicht vollständig aufgeklärt. Da für das Dipyridamol eine in vitro Hemmung der cGMP-spezifischen Phosphodiesterase 5 (PDE 5) nachgewiesen ist, wurde in dieser Arbeit untersucht, ob Dipyridamol in therapeutisch relevanten Konzentrationen die NO/cGMP vermittelte Effekte auf die Plättchenfunktion unter ex vivo Bedingungen verstärkt. Die Phosphorylierung von VASP (VAsodilator-Stimulated Phosphoprotein) diente dabei als Meßparameter NO/cGMP Signale in Thrombozyten mit Hilfe von Antikörpern und Western Blot Technik zu quantifizieren. Die Sekretion von Serotonin aus Thrombozyten und die Aktivität der Thromboxansynthase wurden durch die fluorimetrische Bestimmung derivatisierten Serotonins bzw. des Synthaseprodukts Malondialdehyd quantifiziert. Endotheliale Faktoren wie NO oder PG-I2 erhöhen cGMP bzw. cAMP, die zu einer Plättchenhemmung und gleichzeitigen VASP Phosphorylierung führen. In in vitro Versuchen potenzierte Dipyridamol in einer therapeutisch relevanten Konzentration (3,5 µmol/l) nur die cGMP vermittelte, aber nicht die cAMP vermittelte VASP Phosphorylierung. Darüber hinaus konnte Dipyridamol (3,5 µmol/l) die Hemmung von Plättchenfunktionen wie der Serotoninsekretion und die Aktivität der Thromboxansynthase durch einen NO Donor klar verstärken. Schließlich steigerte Dipyridamol die NO vermittelte VASP Phosphorylierung auch in Thrombozyten von Probanden, die vorher Dipyridamol eingenommen hatten. Unter therapeutisch relevanten Bedingungen verstärkt also Dipyridamol NO/cGMP Signalwege und damit die Hemmung von Thrombozyten. Dieser Befund bekräftigt die Vorstellung, dass die Verstärkung endothelialer NO/cGMP Effekte auf Thrombozyten eine wichtige Komponente der Dipyridamol Wirkung unter in vivo Bedingungen darstellt. (Aktas et al., Stroke 2003; 34(3): 764-769) Die Stimulation von Thrombozyten führt u.a. zu einer Sekretion von Plättchenaktivatoren wie Thrombin, Thromboxan A2, ADP oder Serotonin aus dem Zellinnern. Durch diesen Prozess der Degranulierung können nun weitere Thrombozyten aktiviert werden. Die Sekretion stellt somit einen wichtigen, verstärkenden Schritt in der Aktivierung von Thrombozyten während der Hämostase dar. Diese Arbeit zeigt, dass in Thrombozyten eine Gi-Protein Aktivierung nicht nur wie bisher angenommen eine initiale Sekretion durch Gq verstärkt und aufrecht erhält, sondern der eigentliche Stimulus ist, der die Degranulierung von Thrombozyten auslöst. Die Stimulation Gq vermittelter Signalwege ist nur insofern erforderlich, als diese das Auslösen der Sekretion durch eine Aktivierung von Gi-Proteinen ermöglichen. Die Stimulierung beider G-Proteine ist daher essentiell für die thrombozytäre Sekretion. Zudem konnte die Phospholipase D als ein neuer Effektor des P2Y12 nachgewiesen werden, deren Stimulierung wahrscheinlich zur Degranulierung von Thrombozyten führt. Dieser Mechanismus könnte der Entscheidende sein, der der essentiellen Rolle des Gi-Proteins bei der Stimulation der Sekretion und der Aktivierung von Thrombozyten zu Grunde liegt und könnte ein neues Licht auf die Wirkweise des Clopidogrels und des Ticlopidins werfen, die irreversibel an den P2Y12 Rezeptor binden. (Aktas et al., Manuskript in Vorbereitung)…
• The important role of cGMP and cGMP-dependent protein kinase for the inhibition of platelet activation and aggregation is well established and due to the inhibition of fundamental platelet responses such as agonist-stimulated calcium increase, exposure of adhesion receptors and actin polymerization. The diversity of cGMP binding proteins and their synergistic interaction with cAMP signaling in inhibiting platelets indicates that a variety of cGMP targets contribute to its anti-platelet action. Since stimulation of Gi-proteins was recently shownThe important role of cGMP and cGMP-dependent protein kinase for the inhibition of platelet activation and aggregation is well established and due to the inhibition of fundamental platelet responses such as agonist-stimulated calcium increase, exposure of adhesion receptors and actin polymerization. The diversity of cGMP binding proteins and their synergistic interaction with cAMP signaling in inhibiting platelets indicates that a variety of cGMP targets contribute to its anti-platelet action. Since stimulation of Gi-proteins was recently shown to be essential for complete platelet activation/aggregation, the possibility that Gi-signaling events are cGMP/cGMP-dependent protein kinase targets was investigated. Thus, the effect of elevated cGMP levels and selective cGMP-dependent protein kinase activation on purinergic and adrenergic receptor-evoked decrease of platelet cAMP content was closely examined. Experiments with a selective activator of cGMP-dependent protein kinase demonstrate for the first time a cGMP-caused Gi-protein inhibition. Our data suggest that this effect is mediated by cGMP-dependent protein kinase. Considering the essential role of Gi-signaling for platelet activation, we propose that inhibition of Gi-mediated signaling by cGMP/cGMP-dependent protein kinase is an important mechanism of action contributing to platelet inhibition by cGMP-elevating endothelium derived factors and drugs. (Aktas et al., Biochem Pharmacol 2002; 64: 433-439) Dipyridamole and in particular dipyridamole in combination with low dose aspirin are very effective in preventing recurrent stroke. However, the mechanism(s) underlying this dipyridamole effect have not been elucidated. Since dipyridamole inhibits the cGMP-specific phosphodiesterase type V in vitro, we hypothesized and tested whether therapeutically relevant dipyridamole concentrations enhance NO/cGMP-mediated effects in intact human platelets studies ex vivo. Phosphorylation of VASP (VAsodilator-Stimulated Phosphoprotein), an established marker of NO/cGMP effects in human platelets, was quantified by phosphorylation-specific antibodies and western blots. Serotonin secretion and thromboxane synthase activity were determined by fluorimetric quantification of derivatized serotonin and synthase product, respectively. Endothelium-derived factors such as NO and PG-I2 are known to elevate both, cGMP and cAMP levels with concomitant platelet inhibition and VASP phosphorylation. In our in vitro experiments, therapeutically relevant dipyridamole concentrations (3.5 µmol/l) only amplified cGMP-mediated VASP phosphorylation due to NO donor sodium nitroprusside, but not cAMP-mediated effects. Furthermore, thromboxane synthase activity and serotonin secretion, events important for initial platelet activation, were inhibited by sodium nitroprusside, an effect also enhanced by dipyridamole demonstrating the functional relevance of these observations. Finally, the ex vivo enhancement of NO/cGMP effects was also observed with platelets obtained from healthy volunteers treated with extended released dipyridamole. Under therapeutically relevant dipyridamole conditions, dipyridamole enhances platelet inhibition by amplifying the signalling of the NO-donor SNP. These data support the concept that enhancement of endothelium-derived NO/cGMP-mediated signalling in vivo is an important component of dipyridamole action. (Aktas et al., Stroke 2003; 34(3): 764-769) Activation of platelets causes secretion of several platelet activators, including thrombin, thromboxan A2, ADP or serotonin. By this process, other platelets get attracted and contribute to the thrombus. Therefore, secretion represents an important amplifying mechanism during platelet activation and hemostasis. In the present work, we could demonstrate that Gi-protein signalling does not only amplify initial secretion induced by Gq-protein activation, as it has been proposed so far, but is the actual stimulus to induce secretion. However, stimulation of Gq-proteins is required, since this enables Gi-proteins to induce secretion. Therefore, activation of both G-proteins is essential for platelet release. We could exclude inhibition of adenylyl cyclase to be the major mechanism contributing to the observed effects of Gi-proteins during secretion. We suggest phospholipase D as a novel effector of the Gi-coupled ADP receptor P2Y12, whose stimulation may lead to degranulation of platelets. This mechanism could be the major one underlying the essential role of Gi-proteins during secretion and activation of platelets. This could provide new insights in the mechanism by which P2Y12 receptor antagonists like clopidogrel exert their antithrombotic action. (Aktas et al., manuscript in preparation)…