Factor XIII B subunit: structure, function, clinical aspects  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
113097
Type K
Principal investigator Muszbek, László
Title in Hungarian XIII-as faktor B alegység: strtuktura, funkció, klinikai vonatkozások
Title in English Factor XIII B subunit: structure, function, clinical aspects
Keywords in Hungarian véralvadás, XIII-as faktor, XIII-as faktor A-B komplex, trombózis, vérzékenység
Keywords in English blood coagulation, factor XIII, factor XIII A-B complex, thrombosis, bleeding diathesis
Discipline
Haematology, immunology, thrombosis, infectious diseases (Council of Medical and Biological Sciences)45 %
Ortelius classification: Haematology
Cardiovascular system (Council of Medical and Biological Sciences)45 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Ortelius classification: Biochemistry
Panel Clinical Medicine
Department or equivalent Department of Laboratory Medicine, Division of Clinical Laboratory Science (University of Debrecen)
Participants Balogh, László
Bereczky, Zsuzsanna
Boda, Zoltán
Katona, Éva
Kerényi, Adrienne
Komáromi, István
Kónya, Lilla
Kun, Mária
Mezei, Zoltán András
Nagyné Dr. Orosz, Zsuzsanna Zita
Nagyváradi, László
Pénzes-Daku, Krisztina
Shemirani, Amir Houshang
Starting date 2015-01-01
Closing date 2017-12-31
Funding (in million HUF) 31.800
FTE (full time equivalent) 13.65
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 pályázat célja a XIII-as véralvadási faktor (FXIII) B alegységének (FXIII_B) lényeges struktúrális, funkcionális és klinikai aspektusainak feltárása. A pályázaton belül célunk:
• A FXIII-B 3 dimenziós szerkezetének homológ modellezése és a modell kísérletes validálása.
• Meghatározni, hogy a FXIII-B a plazmában monomer vagy dimer formában van-e jelen.
• Azonosítani a FXIII-B FXIII-A-val való kapcsolódásában szerepet játszó epitópo(ka)t.
• Karakterizálni a FXIII-B fibrinogénhez való kötődését.
• Megvizsgálni, hogy a FXIII-B hogyan szabadul fel a fibrinogénről a fibrin képződés során.
• Felfedni a szénhidrát oldalláncok szerepét a FXIII-B funkciójában, különös tekintettel a FXIII keringésben való fél-életideje szempontjából.
• Megvizsgálni a szénhidrát oldalláncok szerepét a FXIII-B S. aureus protein A-hoz való kapcsolódásában.
• Kifejleszteni egy, a plazmában lévő szabad FXIII-B meghatározásra alkalmas immunassay-t és kidolgozni annak alkalmazását rekombináns FXIII-A2 terápián lévő FXIII-A deficiens betegek plazmájában a szabad FXIII-B meghatározására.
• Meghatározni a FXIII-B polimorfizmusok és a FXIII szintek hatását a myocardiális infarctus rizikójára idősebb és relatíve fiatalabb populációban.
• -Megvizsgálni a FXIII-B polimorfizmusok és a FXIII szintek hatását a vénás tromboemboliák rizikójára
• -Meghatározni a FXIII-B polimorfizmusok hatását a plazma FXIII-B és FXIII-A2B2 szintekre.

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.

Milyen a szabad FXIII-B 3 dimenziós struktúrája és hogyan változik, amikor komplexbe kerül a FXIII-A2-vel?
A szabad FXIII-B monomer vagy dimer formában van-e jelen a plazmában?
Mely epitóp(ok) játszanak szerepet a FXIII-B FXIII-A2-hoz való kapcsolódásában?
Hogyan kötődik a szabad ill. a FXIII-A2-vel komplexben lévő FXIII-B a fibrinogénhez? Milyen epitópok játszanak szerepet a kötődésben?
Miért és hogyan szabadul fel a FXIII-B a fibrinogénről amikor megtörténik az átalakulás fibrinné?
Milyen funkciói vannak a FXIII-B szénhidrát oldalláncainak?
Milyen immunkémiai elv alapján fejleszthető ki egy olyan immunassay, amely alkalmas a plazmában lévő szabad FXIII-B meghatározására?
A kifejlesztett immunassay alkalmas lehet-e rekombináns FXIII-A2 terápia esetén a potenciálisan komplexbe kerülő, szabad FXIII-B meghatározására?
A FXIII-B polimorfizmusok és a FXIII szintek befolyásolják-e a miokardiális infarktus rizikóját idősekben ill. relatíve fiatal (<40 éves) egyénekben?
A FXIII-B polimorfizmusok és szintek befolyásolják-e a vénás tromboembóliák rizikóját?
A FXIII-B polimorfizmusok befolyásolják-e a FXIII-B és FXIII-A2B2 szinteket?

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 véralvadás XIII-as faktora (FXIII) a hemosztázis egyik kulcsfontosságú tényezője, hiánya súlyos vérzékenységhez, rossz sebgyógyuláshoz vezet, nők esetén pedig a terhesség kihordása nem lehetséges. A plazma FXIII két FXIII-A és két FXIII-B alegységekből áll (FXIII-A2B2). A FXIII-B nélkülözhetetlen a potenciális katalitikus aktivitással rendelkező FXIII-A2 keringésben tartásához. A keringő FXIII-A2B2 féléletideje kb. 11-12 nap, mely a FXIII-B hiányában néhány órára csökken. A FXIII-B-vel való komplex képződés azt is megakadályozza, hogy a FXIII-A2 spontán, szükségtelenül aktiválódjon. Bár a FXIII-B a plazma FXIII nélkülözhetetlen komponense, szerkezete és funkciója több szempontból máig felderítetlen. Vizsgálataink eddig ismeretlen struktúrális/funkcionális molekuláris tényezők feltárása irányulnak (3 dimenziós struktúra, monomer-dimer állapot, szénhidrát-oldalláncok szerepe, a FXIII-A2-vel való komplex képződésének struktúrális elemei). Az alegységek interakciójában szerepet játszó epitóp identifikálása lehetővé teheti egy olyan peptid szintézisét, mely gátolhatja a két alegység kötődését. Egy ilyen peptidben jelentős terápiás potenciál rejlik, hiszen a FXIII szintet olyan szintre csökkentheti amely már antitrombotikus, de nem fokozza a vérzés kockázatát. A fibrinogén a szabad és a komplexben lévő FXIII-B szállítója. A FXIII-B-fibrinogén interakció jelentősége és ennek hirtelen megszűnése a fibrin képződése során nem ismert. E folyamat struktúrális követelményeinek megismerése ezen a területen új utakat nyithat a kutatások számára. A plazmában lévő szabad FXIII-B mérésére alkalmas módszer lehetővé teszi a szabad FXIII-B monitorozását; a szabad FXIII-B ahhoz szükséges, hogy a terápiásan alkalmazott rekombináns FXIII-A2 a keringésben maradhasson.
Az emelkedett FXIII szinteket összefüggésbe hozták a miokardiális infarktus (MI) rizikójával nőkben, és a FXIII-A p.Val34Leu polimorfizmus védő hatást nyújt MI-al és vénás tromboembóliákkal (VTE) szemben. A FXIII-B polimorfizmusok szerepe a MI és a VTE rizikójában nem ismert, erre a pályázat eredményei adhatnak választ. Azt is megtudhatjuk, hogy amennyiben van hatás, az a FXIII szinteken keresztül érvényesül-e.

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 adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

A vérlalvadás XIII-as faktora (FXIII) kulcsszereplő a vérzés csillapításban. A FXIII két A (FXIII-A) és két B (FXIII-B) alegységből áll. A FXIII hiány súlyos vérzékenységet, rossz sebgyógyulást és nők esetében spontán abortuszt okoz. A FXIII-A alegység a felelős a vérzés elállításáért, a sebgyógyulás gyorsításáért és a magzat elvesztésének megakadályozásáért. A FXIII-B a FXIII-A-hoz kötődik és azt a keringésben tartja. A FXIII hiányos betegek élethosszig tartó pótló terápiát igényelnek. Erre a célra legújabban virusmentes rekombináns FXIII-A koncentrátumot vezettek be. A rekombináns FXIII-A a beteg saját FXIII-B-jét használja fel a keringésben maradáshoz. Ismerve a FXIII-B fontosságát és azt, hogy funkciója sok tekintetben ismeretlen, ennek a molekulának a tanulmányozását tűztük ki célul. Célunk eleddig ismeretlen strukturális vonatkozások, a FXIII-A hoz való kötődés mechanizmusának, a fibrinogénnel való kölcsönhatásnak a felderítése. Egy új módszert fogunk kifejleszteni a szabad FXIII-B mérésére, mely hozzájárul a rekombináns FXIII terápia biztonságához. Míg a FXIII hiány vérzékenységgel jár, a FXIII szintek változásai és mutáns FXIII befolyásolhatják veszélyeztetettséget az artériás és vénás trombozisokra. Vizsgálni fogjuk, hogy a FXIII szintek és a népesség körében gyakran előforduló FXIII-B mutánsok (polimorfizmusok) hogyan függenek össze a miokardiális infarktus és a mély vénás trombozis rizikójával.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

The proposed research intends to explore important structural, functional and clinical aspects of the B subunit of coagulation factor XIII (FXIII). Within the project we intend:
• To construct a model for the 3 dimensional structure of FXIII-B by homology modeling and validate it experimentally.
• To determine if free FXIII-B in the plasma exists in monomeric or dimeric form.
• To identify the epitope involved in the interaction of FXIII-B with FXIII-A.
• To characterize the binding of FXIII-B to fibrinogen.
• To find out how FXIII-B is released from fibrinogen during its transformation into fibrin.
• To reveal the function of carbohydrate side chain present in FXIII-B with special reference to the lifespan of FXIII in the circulation.
• To reveal the role of carbohydrate side chain present in FXIII-B in its interaction with S. aureus protein A.
• To develop an immunoassay for the determination of free FXIII-B in human plasma and make it applicable for monitoring free FXIII-B in the plasma of FXIII-A deficient patients being on recombinant FXIII-A2 therapy.
• To assess the effect of FXIII-B polymorphisms and FXIII levels on the risk of myocardial infarction in elderly and in relatively young population.
• To assess the effect of FXIII-B polymorphisms and FXIII levels on the risk of venous thromboembolism.
• To determine the effect of FXIII-B polymorphisms on plasma FXIII-B and FXIII-A2B2 levels.

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.

What is the 3 dimensional structure of free FXIII-B and how does it change when complexing with FXIII-A2?
Does free FXIII-B exists as monomer or dimer in the plasma?
What is/are the epitopes on FXIII-B that is/are involved in the interaction with FXIII-A2?
How free FXIII-B and FXIII-B in complex with FXIII-A2 is bound to fibrinogen? What are the epitopes involved in the binding?
Why and how FXIII-B is released from fibrinogen when it is transformed into fibrin?
What are the functions of carbohydrate side-chains present in FXIII-B?
On what principle can an immunoassay for the determination of free FXIII in plasma developed?
Could the developed immunoassay be used for monitoring free FXIII-B available for complex formation during therapy with recombinant FXIII-A2?
Do FXIII-B polymorphisms and FXIII levels influence the risk of myocardial infarction in elderly and in relatively young (<40) individuals?
Do FXIII-B polymorphisms and FXIII levels influence the risk of venous thromboembolism.
Do FXIII-B polymorphisms influence the plasma level of FXIII-B and FXIII-A2B2?

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.

Coagulation factor XIII (FXIII) is a key player in hemostasis, its deficiency results in severe bleeding diathesis, impaired wound healing and, in women, inability to carry out pregnancy. Plasma FXIII is a heterotetramer of FXIII-A and FXIII-B subunits (FXIII-A2B2). FXIII-B is highly important for keeping FXIII-A2, the subunit with potential catalytic activity, in the circulation. The half-life of circulating FXIII-A2B2 is approximately 11-12 days; in the absence of FXIII-B it is decreased to a few hours. Complex formation with FXIII-B also prevents the spontaneous undesired activation FXIII-A2 in plasmatic conditions. Although FXIII-B is an essential component of plasma FXIII its structure and function in many aspects is still unexplored. Our study will shed light on so far unknown structural/functional features of the molecule (3 dimensional structure, monomeric-dimeric state, the role of carbohydrate side chains, the structural entities involved in complex formation with the FXIII-A2). Identifying the epitope involved in subunit interaction may lead to the synthesis of a peptide that inhibits the interaction of the two subunits. Such peptide could have therapeutic potential by decreasing FXIII level to a range where it is antithrombotic without risking spontaneous bleeding. Fibrinogen act as a carrier for FXIII-B whether it is free or in complex. The importance of FXIII-B fibrinogen interaction and its sudden disruption during fibrin formation is not known. Revealing the structural requirements opens up a new way for research on this area.
A method to be developed on the measurement of free FXIII-B in the plasma makes it possible to monitor the concentration of free FXIII-B required for keeping therapeutically administered recombinant FXIII-A2 within the circulation.
Elevated FXIII levels have been associated with increased risk of myocardial infarction (MI) in women, and FXIII-A p.Val34Leu polymorphism confers a protective effect against MI and venous thromboembolism (VTE). The association of FXIII-B polymorphisms with the risk of MI and VTE is an unexplored area on which the proposed study could shed light. It will also show if such effect, if any, is exerted through the regulation of FXIII levels.

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 NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

Blood coagulation factor XIII (FXIII) is a key player in arresting bleeding. FXIII consists of two A (FXIII-A) and two B (FXIII-B) subunits. FXIII-A deficiency results in severe bleeding complications, impaired wound healing and, deficient women cannot carry out pregnancy. FXIII-A exerts the effect that arrests bleeding, improves wound healing and prevents pregnancy loss. FXIII-B binds to FXIII-A and this way keeps it within the circulation. Deficient patients should be on life-long substitution therapy. For this purpose a virus-safe recombinant FXIII-A product was introduced. The recombinant product should utilize the patients own FXIII-B to remain in the plasma and be effective. Considering the important and, to a considerable extent, unexplored role of FXIII-B we set out to study this molecule. So far unknown structural features, the mechanism of binding to FXIII-A, its interaction with the clotting protein fibrinogen will be discovered. A new method for the measurement of free FXIII-B in the plasma will be designed to ensure the safety of recombinant FXIII therapy. While the lack of FXIII results in bleeding tendency, changes in its level or mutant FXIII-B might increase or decrease the risk of arterial and venous thrombosis. It will be investigated how FXIII level and mutant FXIII-B molecules, frequently occurring in the population (common polymorphisms), influence the risk of myocardial infarction and deep vein thrombosis.





 

Final report

 
Results in Hungarian
1/ Megkonstruáltuk a FXIII-B két első sushi doménjének a 3D szerkezetét A két sushi domént meg is szintetizáltuk. A sushi domén 2 nem kötődött a FXIII-A2-höz. 2/ Az intron K nt29756 C>G polimorfizmusnak megfelelő variáns kevésbé kötődött a FXIII-A2-höz mint a vad típusú FXIII-B és csökkentette a FXIII szintet. 3/ A FXIII-B kötődött egy mindkét fibrinogen γ-lánc variánsban (γA and γ’) meglévő a rövid peptid szekvenciához és a γ’ lánc C-terminális peptid szekvenciájához is. 4/ Felderítettük a FXIII-B szénhidrát oldalláncának a kémiaI szerkezetét. 5/ Kidolgoztunk ELISA technikát a totál és a szabad FXIII-B meghatározására és segítségével monitoroztuk a FXIII-B szinteket szerzett FXIII deficienciában. 6/ A FXIII-B intron K nt29756 G allél védett a koronária szklerózis és a miokardiális infarktus ellen magas fibrinogén szintek esetén, a FXIII-A Leu34 allél jelenlétében. A védőhatás összefüggött a FXIII szintek csökkenésével. 7/ Az intron K nt29756 G allél fiatal felnőtteket is védett a miokardiális infarktus ellen. A dohányosok emelkedett FXIII szintje hozzájárult fokozott rizikójukhoz. 8/ A FXIII szint felső harmadában lévő nőkben fokozódott a venás tromboembolia kockázata; az emelkedett FXIII-B szint férfiakban védő hatással bírt.
Results in English
1/ The 3D structure of the first two sushi domains of FXIII-B were constructed and used for blind docking to FXIII-A dimer. The two sushi domains were chemically synthesized and used for binding studies. Sushi domain 2 did not bind to FXIII-A2. 2/ FXIII-B variant due to intron K nt29756 C>G polymorphism bound to FXIII-A2 with less affinity than wild type FXIII-B, and decreased FXIII-A2B2 level. 3/ FXIII-B bound to a short peptide sequence present in both fibrinogen γ-chain variants (γA and γ’) and also to the C-terminal peptide of the γ’ chain. 4/ The chemical structure of FXIII-B carbohydrate side-chains was revealed. 5/ ELISAs for the determination of total and free FXIII-B in the plasma was designed and used for monitoring FXIII-B levels were in patients with acquired FXIII-A deficiency. 6/ The FXIII-B intron K nt29756 G allele provided significant protection against coronary artery sclerosis and myocardial infarction in patients with a fibrinogen level in the upper tertile in the presence of the FXIII-A Leu34 allele The protection was related to decreased FXIII level. 7/ Similar protective effect FXIII-B intron K nt29756 G allele against myocardial infarction was observed in young adults. The elevation of FXIII levels in smokers contributed to the increased risk of myocardial infarction in this population. 8/ FXIII-A2B2 antigen levels in the upper tertile increased the risk of venous thromboembolism in females; elevated FXIII-B antigen level had a protective effect in males.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=113097
Decision
Yes





 

List of publications

 
Pénzes K, Vezina C, Katona É, Kun M, Muszbek L, Rivard GE: Alloantibody developed in a factor XIII A subunit deficient patient during substitution therapy; characterization of the antibody, Haemophilia DOI: 10.1111/hae.12786, 2015
Mezei ZA, Bereczky Z, Katona É, Gindele R, Balogh E Fiatal S, Balogh L, Czuriga I, Ádány R, Édes I, Muszbek L: Factor XIII B subunit polymorphisms and the risk of coronary artery disease, Int J Mol Sci 16: 1143-59, 2015
Pénzes K, Vezina C, Katona É, Kun M, Muszbek L, Rivard GE: Alloantibody developed in a factor XIII A subunit deficient patient during substitution therapy; characterization of the antibody, Haemophilia 22: 268-75, 2016, 2016
Homoródi N, Kovács EG, Leé S, Katona É, Shemirani AH, Haramura G, Balogh L, Bereczky Z, Szőke G, Péterfy H, Kiss RG, Édes I, Muszbek L.: The lack of aspirin resistance in patients with coronary artery disease, J Transl Med. 14: 74, 2016, 2016
Pénzes K, Rázsó K, Katona É, Kerényi A, Kun M, Muszbek L.: Neutralizing autoantibody against factor XIII A subunit resulted in severe bleeding diathesis with a fatal outcome - characterization of the antibody., J Thromb Haemost. 14: 1517-20, 2016, 2016
Mezei ZA, Katona É, Kállai J, Bereczky Z, Molnár É, Kovács B, Ajzner É, Bagoly Z, Miklós T, Muszbek L: Regulation of plasma factor XIII levels in healthy individuals; a major impact by subunit B intron K c.1952+144 C>G polymorphism., Thromb Res. 148: 101-6, 2016, 2016
Kun M, Szuber N, Katona É, Pénzer K, Bonnefoy A, Bécsi B, Erdődi F, Rivard GE, Muszbek L: Severe bleeding diatheses in an elderly patient with combined type autoantibody against factor XIII A subunit; novel approach to the diagnosis and classification of anti-, Haemophilia accepted 2017, 2017
Pénzes K, Vezina C, Katona É, Kun M, Muszbek L, Rivard GE: Alloantibody developed in a factor XIII A subunit deficient patient during substitution therapy; characterization of the antibody, Haemophilia 22: 268-75, 2016
Homoródi N, Kovács EG, Leé S, Katona É, Shemirani AH, Haramura G, Balogh L, Bereczky Z, Szőke G, Péterfy H, Kiss RG, Édes I, Muszbek L.: The lack of aspirin resistance in patients with coronary artery disease, J Transl Med. 14: 74, 2016
Pénzes K, Rázsó K, Katona É, Kerényi A, Kun M, Muszbek L.: Neutralizing autoantibody against factor XIII A subunit resulted in severe bleeding diathesis with a fatal outcome - characterization of the antibody., J Thromb Haemost. 14: 1517-20,, 2016
Mezei ZA, Katona É, Kállai J, Bereczky Z, Molnár É, Kovács B, Ajzner É, Bagoly Z, Miklós T, Muszbek L: Regulation of plasma factor XIII levels in healthy individuals; a major impact by subunit B intron K c.1952+144 C>G polymorphism., Thromb Res. 148: 101-6, 2016
Kun M, Szuber N, Katona É, Pénzer K, Bonnefoy A, Bécsi B, Erdődi F, Rivard GE, Muszbek L: Severe bleeding diatheses in an elderly patient with combined type autoantibody against factor XIII A subunit; novel approach to the diagnosis and classification of anti-, Haemophilia 23: 590-7, 2017
Mezei ZA, Katona É, Kállai J, Bereczky Z, Somodi L, Molnár É, Kovács B, Miklós T, Ajzner É, Muszbek L.: Factor XIII levels and factor XIII B subunit polymorphisms in patients with venous thromboembolism., Thromb Res, 2017
Balogh L, Katona É, mezei ZA, Kállai J, Gindele R, Édes I, Muszbek L, Papp Z, Bereczky Z: Effect of factor XIII levels and polymorphisms on the risk of myocardial infarction in young patients, Mol Cell Biochem accepted, 2017
Mezei ZA, Bereczky Z, Katona É, Gindele R, Balogh E Fiatal S, Balogh L, Czuriga I, Ádány R, Édes I, Muszbek L: Factor XIII B subunit polymorphisms and the risk of coronary artery disease, Int J Mol Sci 16: 1143-59, 2015





 

Events of the project

 
2017-02-21 08:18:02
Résztvevők változása




Back »