 |
Structural and functional aspects of fibrin and NET interactions
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
129528 |
| Type |
KH |
| Principal investigator |
Kolev, Kraszimir |
| Title in Hungarian |
Fibrin és NET interakciók szerkezeti és funkcionális jellemzése |
| Title in English |
Structural and functional aspects of fibrin and NET interactions |
| Keywords in Hungarian |
trombózis, hemosztázis, fibrin, vérlemezke, trombin, plazmin |
| Keywords in English |
thrombosis, haemostasis, fibrin, platelet, thrombin, plasmin |
| Discipline |
| Cardiovascular system (Council of Medical and Biological Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Cardiovascular system |
|
| Panel |
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology |
| Department or equivalent |
Dept. of Medical Biochemistry (Semmelweis University) |
| Participants |
Bartha, Katalin
Farkas, Ádám Zoltán
Komorowicz, Erzsébet
Léránt, István
Maróthyné Tóth, Erzsébet
Szabó, László
Tanka-Salamon, Anna
|
| Starting date |
2018-10-01 |
| Closing date |
2020-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
19.920 |
| FTE (full time equivalent) |
7.79 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A javasolt munka tovább viszi a kutatási irányvonalat, amelyet a pályázat alapjául szolgáló közlemény alapozott meg. Korábban leírtuk, hogy a neutrofil extracelluláris csapdák (NET-ek, DNS alkotta háló, amelyhez hisztonok és egyég fehérjék, enzimek kötődnek) stabilizálják a vérplazma-alvadékokat és ezen stabilizált alvadékok fibrinolitikus agensekkel (pl. szöveti típusú plazminogén aktivátor, tPA) történő feloldása felgyorsul dezoxiribonukleázok hatására. Jelen projekt keretében a NET-hez kötődő további tényezők a fibrin szerkezeti és funkcionális tulajdonságaira gyakorolt hatását fogjuk vizsgálni: peptidil-arginil-deimináz 4 (PAD4), amelynek aktivitása fokozódik a NET-képződés alatt; neutrofil elasztáz, amely kötődik a NET DNS hálójához. Tekintettel a NET elsődleges szerepére a nem-specifikus antibakteriális immunvédelemben, valamint egyes baktériumok (pl. Staphylococcus aureus) patogenitásának pro-koaguláns hétterét, egy bakteriális koaguláz enzim (stafilokoaguláz) által NET-környezetben létrehozott fibrin szerkezeti és funkcionális jellemzőit is fogjuk tanulmányozni. A projekt célkitűzései: 1. Jellemezni a NET-hez kötődő neutrofil elasztáz szerepét a fibrin stabilitására NET-környezetben. 2. Tanulmányozni a fibrinogénnek a PAD4 által katalizált citrullinációjának következményeit a belőle képződő fibrin szerkezetében, mechanikai és litikus stabilitásában. 3. Összehasonlítani a stafilokoaguláz és a trombin által létrehozott fibrin szerkezetét és stabilitását. E vizsgálatokhoz enzimkinetikai, reométeres és képalkotó (pásztázó elektronmikroszkóp, konfokális lézermikroszkóp) eljárásokat fogunk alkalmazni.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A trombus-képződés kulcsszerepet játszik a haláloki statisztikát vezető betegségek patomechanizmusában. Ez határozza meg az igényt olyan tényezők azonosítására, amelyek esszenciálisak az érpályán belüli kóros véralvadék-képződésben, de nem feltétlenül szükségesek a fiziológiás vérzéscsillapításhoz. A jelen pályázat főirányvonala ilyen faktorok azonosítása a gyulladás és a véralvadás határterületén. A gyulladáshoz kötődő NET-ek megfigyelhetők mind vénás, mind artériás trombusokban, de érfal-sérüléseknél képződő alvadékokban nem. Ezért kézenfekvő az a törekvésünk, hogy a NET-hez kötődő faktorok közül keressünk biztonságos terápiás és prevenciós célpontokat a trombózis ellen, amelyek befolyásolása nem okoz zavarokat a fiziológiás hemosztázisban. Az eddigi kutatások a NET mennyiségileg legjelentősebb komponensére fokuszáltak, a DNS-re és a hisztonokra. Katalitikus hatásuk miatt viszont a NET-hez kötődő enzimek szintén kritikus szerephez juthatnak a NET protrombotikus hatásaiban. Emiatt figyelmünk a PAD4-re és a neutrofil elasztázra irányul és ezek hatása a fibrinre áll a tervezett kutatás fókuszában. Mivel evolúciós fejlődésük során egyes baktériumok olyan fibrin-képző enzimek termelésére tettek szert, amelyek a hemosztatikus rendszertől függetlenül segítik patogenitásukat, kiegészítő kutatási irányvonalként a stafilokoaguláz által képzett fibrint is fogjuk vizsgálni, amely új ismeretekhez vezet a vérzéscsillapító és patológiás fibrin szerkezeti és funkcionális tulajdonságainak vonatkozásában.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A kutatási terv középpontjában a globális haláloki statisztikák élén álló kardiovaszkuláris kórképekben fellépő szöveti károsodások végső oka, a trombózis áll. A kezelést és megelőzést szolgáló jelenlegi farmakológiai megközelítések egyik legfőbb hátránya, hogy azok mindegyike vagy a trombus kialakulását (antikoaguláns és trombocitagátló szerek), vagy a trombusoldást (fibrinolitikus szerek) célozza olyan mechanizmusokon keresztül, melyek a fiziológiás hemosztázisban is szerepelnek, s melyek módosítása súlyos vérzéses komplikációkhoz vezet, korlátozva az antitrombotikus szerek hatásos dózisát. Mind ezáltal elengedhetetlenül fontossá válik a fiziológiás hemosztázis és a patológiás trombózis közti leglényegesebb különbségek azonosítása, hogy lehetőség nyíljon a protrombotikus folyamatoknak a vérzéscsillapító folyamatok megzavarása nélküli, szelektív befolyásolására. A hemosztázis akut aktivációja az intakt érfal mechanikai sérülését követően lép fel, míg trombusok jellemzően szív-, agyi vagy perifériás artériák erodált vagy rupturált ateroszklerotikus plakkjainak, ill. hipoxia következtében károsodott mélyvénás billentyűk krónikusan gyulladt környezetében keletkeznek. Ennek következtében az éren belüli trombusképződésben és stabilizációban résztvevő gyulladásos molekuláris és sejtes mechanizmusok tisztázása hatásos és egyben „hemosztázist kímélő” antitrombotikus stratégiák kifejlesztéséhez járulhat hozzá. A kórfolyamatokra specifikus fibrin-képző és stabilizáló tényezők feltárása új megoldások felfedezéséhez vezethet a fiziológiás hemosztázist nem érintő, a fibrin kialakulásának vagy feloldásának módosításán alapuló terápiás beavatkozások területén. A Staphylococcus aureus által termelt koagulázok hatásainak kutatása segíthet tisztázni azok elengedhetetlen szerepét tályogok és bakterémia kialakulásában és ezáltal új, e baktériumok patogenitását felfüggesztő, fibrinhez kapcsolódó terápiás célpontok láthatnak napvilágot.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A véralvadék az emberi lény barátja és ellensége egyben. Barát, mert megakadályozza a vérzést a sérülés helyén. Ellenség, mert elzárhatja a vér útját a szívet vagy az agyat ellátó erekben, aminek következménye a szívinfarktus vagy a szélütés. Ez a kettős szerep rendkívüli mértékben nehezíti az orvos feladatát ilyen állapotok kezelésénél. Ha olyan gyógyszerrel kezeljük a beteget, ami feloldja a „rossz” alvadékokat, könnyen idézhetünk elő életveszélyes vérzést. Ezért fontos megismerni a különbségeket a „jó” és a „rossz” véralvadékok szerkezetében és kialakulási mechanizmusában, amelyek lehetővé teszik biztonságos (azaz vérzéses szövődménymentes) kezelési célpontok azonosítását. A tervezett kutatás a munkacsoport korábbi eredményeire alapoz, amelyek szerint a fehérvérsejtek DNS alapú hálót képeznek (neutrofil sejten kívüli csapda, NET név alatt ismert szerkezet) és ez a NET ellenállóvá teszi a véralvadékokat a jelenleg használt alvadék-oldó gyógyszerekkel szemben. A terv szerint a kutatók e stabilizáló hatás hátterét fogják vizsgálni. A kutatás középpontjában a véralvadékok szilárd vázát alkotó fibrin szerkezetének módosítása áll. A vizsgálatokhoz biokémiai és biofizikai módszereket, valamint magas felbontású képalkotó technikákat fognak alkalmazni. Mivel a NET-ek jelen ismereteink szerint nem szükségesek a vérzéscsillapító véralvadékokhoz, olyan terápiás eszköz, amely beavatkozik a fibrin-stabilizáló mechanizmusukba, jó eséllyel használható lesz biztonságos alvadék-oldó kezelésekben.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The proposed research is deigned to expand the findings reported in the publication serving as a basis for the submission of the proposal. We have previously described that neutrophil extracellular traps (NETs, a meshwork of expelled DNA with attached histones and other proteins, enzymes) stabilise plasma clots and the dissolution of these stabilised clots is facilitated by the action of DNases in combination with conventional fibrinolytic agents (tissue-type plasminogen activator, tPA). With the current project we will investigate the effects of additional NET-related factors on the structural and functional properties of fibrin: peptidyl-arginyl deiminase-4 (PAD4) known to be upregulated in the course of NET-formation and neutrophil elastase known to be entangled in the DNA meshwork of NETs. Because of the primary role NETs as a line of anti-bacterial defence and the involvement of pro-coagulant mechanism in the pathogenicity of certain bacteria (e.g. Staphylococcus aureus) our research will address also the structural and functional differences in the fibrin generated in conjunction with NETs and by a bacterial coagulase enzyme (staphylocoagulase). Key goals of the project: 1. To characterise the role of NET-related neutrophil elastase in the stability of fibrin containing NETs. 2. To investigate the consequences of fibrinogen citrullination by PAD4 in terms of structure, mechanical and lytic stability of fibrin generated from it. 3. To compare the structure and stability of fibrin formed by staphylocoagulase and thrombin. Our work will be based on enzyme kinetic, rheometer and imaging (scanning electron microscope, confocal laser microscope) techniques.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The crucial contribution of thrombosis to the pathomechanism of the acute events of the diseases leading the morbidity and mortality statistics justifies a demand to establish factors playing a key role in the pathological intravascular clot formation and stabilisation, but not involved in the physiological haemostatic plug formation. The search for such factors at the interface of inflammation and blood coagulation is the major research question of the current proposal. Inflammation-related NETs are detected in both venous and arterial thrombi, but not in clots preventing bleeding at sites of vessel wall injury, a plausible line of investigation is to seek for NET-related prothrombotic factors that could be safe targets for treatment and prevention of thrombosis without any significant interference with the physiological haemostatic mechanisms. By now the research related to the role of NETs in thrombosis focused on the quantitatively most abundant NET components, DNA and histones. However because of their catalytic action NET-related enzymes could be crucial for the pro-thrombotic effects of NETs. This justifies our attention to the PAD4 and neutrophil elastase, the effects of which on fibrin stand in the focus of the key goals of the project. Helpful hints for pro-coagulant effects independent of the haemostatic system could be gained from the function of bacterial coagulant enzymes, which form an auxiliary line of investigation in the current project represented by the work with staphylocoagulase.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The proposed research focuses on thrombosis, the ultimate cause of acute tissue damage in cardiovascular diseases that lead the global mortality statistics. A major limitation of the current pharmacological approaches for their treatment and prevention is that they all target either thrombus propagation (anticoagulant and anti-platelet drugs) or thrombus resolution (fibrinolytic drugs) through the same mechanisms, which invariably operate in physiological haemostasis (prevention of bleeding), the perturbation of which results in severe bleeding complications that limit the efficient doses of anti-thrombotic drugs. Thus, there is an imperative demand to identify the essential differences between physiological haemostasis and pathological thrombosis that would allow for selective targeting of specific pro-thrombotic mechanisms without any interference with the mechanism preventing bleeding. In contrast to the acute activation of haemostasis by mechanical injury of intact vessel wall segments, thrombi develop at sites chronically affected by inflammation, either over eroded or ruptured atherosclerotic plaques in heart, brain or peripheral arteries, or hypoxia-damaged deep vein valves. Accordingly, elucidation of the inflammation-related molecular and cellular mechanisms contributing to the intravascular clot formation and stabilization could promote the development of efficient anti-thrombotic strategies that spare haemostasis. Improved understanding of the pathology-specific fibrin formation and stabilisation will help the development of tools for therapeutic interventions based on modulation of fibrin formation or lysis without any disturbances in the physiologic haemostasis. The research on the action of the coagulases produced by Staphylococcus aureus will clarify why these are indispensable for the formation of abscesses and bacteremia and thus could reveal new, fibrin-related therapeutic targets to abrogate the pathogenicity of these bacteria.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Blood clots are friends and foes of humans. Friends, because they prevent bleeding when we hurt ourselves. Foes, because they plug the vessels supplying blood to the heart or brain in acute heart attacks and strokes. Their dual role makes the combat against blood clots difficult; if we treat patients to destroy the bad clots, we can easily provoke a devastating bleeding. Thus, it is crucial to understand the difference between good and bad blood clot structure and mechanism of formation, so that disease-specific targets can be identified for novel treatment modalities lacking bleeding side effects. Based on their recent findings that DNA meshwork expelled from activated white blood cells in blood clots (known as neutrophil extracellular trap, NET) stabilizes these clots against the currently available clot busting medical treatments, the research team proposes new lines of experimental work to identify the exact mechanisms of this stabilizing effect. The focus of the research will be on the modification of the solid scaffold of the blood clots (the fibrin) effected by NET components. Using biochemical and biophysical approaches, as well as high-resolution imaging techniques the research team will explore the structural and functional characteristics of the clots modified by the NETs. Because NETs are not involved in the primary mechanisms preventing bleeding, any newly identified tool that compromises their clot-stabilising effect could be a promising candidate to improve the safety of the current clot busting treatments.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Komorowicz E, Balázs N, Tanka-Salamon A, Varga Z, Szabó L, Bóta A, Longstaff C, Kolev K: Size- and charge-dependent modulation of the lytic susceptibility and mechanical stability of fibrin-histone clots by heparin and polyphosphate variants, JOURNAL OF THROMBOSIS AND HAEMOSTASIS 19: p. in press., 2021 | | Farkas Ádám Z., Farkas Veronika J., Gubucz István, Szabó László, Bálint Krisztián, Tenekedjiev Kiril, Nagy Anikó I., Sótonyi Péter, Hidi László, Nagy Zoltán, Szikora István, Merkely Béla, Kolev Krasimir: Neutrophil extracellular traps in thrombi retrieved during interventional treatment of ischemic arterial diseases, THROMBOSIS RESEARCH 175: pp. 46-52., 2019 | | Nikolova N, Rodríguez RM, Symes M, Toneva D, Kolev K, Tenekedjiev K: Outlier detection algorithms over fuzzy data with weighted least squares, INTERNATIONAL JOURNAL OF FUZZY SYSTEMS 23: p. in press., 2021 | | Hisada Yohei, Grover Steven P, Maqsood Anaum, Houston Reaves, Ay Cihan, Noubouossie Denis F, Cooley Brian C, Wallén Håkan, Key Nigel S, Thålin Charlotte, Farkas Ádám Z, Farkas Veronika J, Tenekedjiev Kiril, Kolev Krasimir, Mackman Nigel: Neutrophils and neutrophil extracellular traps enhance venous thrombosis in mice bearing human pancreatic tumors, HAEMATOLOGICA 105: (1) pp. 218-225., 2020 | | Komorowicz Erzsébet, Balázs Nóra, Tanka-Salamon Anna, Varga Zoltán, Szabó László, Bóta Attila, Longstaff Colin, Kolev Krasimir: Biorelevant polyanions stabilize fibrin against mechanical and proteolytic decomposition: Effects of polymer size and electric charge, JOURNAL OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOMEDICAL MATERIALS 102: 103459, 2020 | | Varju I, Sorvillo N, Cherpokova D, Farkas V, Farkas A, Komorowicz E, Feller T, Kiss B, Kellermayer M, Szabo L, Wacha A, Bota A, Longstaff C, Wagner D, Kolev K: Fibrinogen Is Citrullinated in Venous Thrombi and Forms Fragile Clots with Increased Resistance to Lysis, Research and Practice in Thrombosis and Haemostasis 4: (S1) pp. 5-6., 2020 | | Varju Imre, Kolev Krasimir: Networks that stop the flow: A fresh look at fibrin and neutrophil extracellular traps, THROMBOSIS RESEARCH 182: pp. 1-11., 2019 | | Farkas Ádám Z., Farkas Veronika J., Gubucz István, Szabó László, Bálint Krisztián, Tenekedjiev Kiril, Nagy Anikó I., Sótonyi Péter, Hidi László, Nagy Zoltán, Szikora István, Merkely Béla, Kolev Krasimir: Neutrophil extracellular traps in thrombi retrieved during interventional treatment of ischemic arterial diseases, THROMBOSIS RESEARCH 175: pp. 46-52., 2019 | | Farkas ÁZ, Farkas VJ, Szabó L, Csehi LM, Kolev K, Thelwell C: Structure, Mechanical and Lytic Stability of Fibrin and Plasma Coagulum Generated by Staphylocoagulase from Staphylococcus aureus, Research and Practice in Thrombosis and Haemostasis 3: (Suppl.1) p. 457., 2019 | | Hisada Yohei, Grover Steven P, Maqsood Anaum, Houston Reaves, Ay Cihan, Noubouossie Denis F, Cooley Brian C, Wallén Håkan, Key Nigel S, Thålin Charlotte, Farkas Ádám Z, Farkas Veronika J, Tenekedjiev Kiril, Kolev Krasimir, Mackman Nigel: Neutrophils and neutrophil extracellular traps enhance venous thrombosis in mice bearing human pancreatic tumors., HAEMATOLOGICA 104: p. in press., 2019 | | Komorowicz Erzsébet, Balázs Nóra, Tanka-Salamon Anna, Varga Zoltán, Szabó László, Bóta Attila, Longstaff Colin, Kolev Krasimir: Biorelevant polyanions stabilize fibrin against mechanical and proteolytic decomposition: Effects of polymer size and electric charge, JOURNAL OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOMEDICAL MATERIALS 102: p. 103459., 2019 | | Varju Imre, Kolev Krasimir: Networks that stop the flow: A fresh look at fibrin and neutrophil extracellular traps, THROMBOSIS RESEARCH 182: pp. 1-11., 2019 | | Kolev Krasimir, Medcalf Robert L.: Editorial: Fibrinolysis in Immunity, FRONTIERS IN IMMUNOLOGY 11: 582, 2020 | | Lovas M, Tanka-Salamon A, Szabó L, Kolev K: Polyphosphate Nanoparticles Are More Potent Stabilizers of Fibrin than Linear Polyphosphates and Histones Enhance their Effect, Research and Practice in Thrombosis and Haemostasis 4: (S1) pp. 364-365., 2020 | | Varju I, Sorvillo N, Cherpokova D, Farkas V, Farkas A, Komorowicz E, Feller T, Kiss B, Kellermayer M, Szabo L, Wacha A, Bota A, Longstaff C, Wagner D, Kolev K: Fibrinogen Is Citrullinated in Venous Thrombi and Forms Fragile Clots with Increased Resistance to Lysis, Research and Practice in Thrombosis and Haemostasis 4: (S1) pp. 5-6., 2020 | | Farkas Ádám Z., Farkas Veronika J., Szabó László, Wacha András, Bóta Attila, Csehi Lóránt, Kolev Krasimir, Thelwell Craig: Structure, Mechanical, and Lytic Stability of Fibrin and Plasma Coagulum Generated by Staphylocoagulase From Staphylococcus aureus, FRONTIERS IN IMMUNOLOGY 10: 2967, 2019 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
