Identificato il meccanismo alla base del disturbo della coagulazione del sangue. / Mechanism Driving Blood-Clotting Disorder Identified

 Identificato il meccanismo alla base del disturbo della coagulazione del sangue. / Mechanism Driving Blood-Clotting Disorder Identified

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Sebbene l'eparina, un anticoagulante di uso comune, riduca in genere la coagulazione, è possibile che si verifichi una rara ma potenzialmente letale reazione immunitaria chiamata trombocitopenia indotta da eparina (HIT). Un gruppo di ricercatori della McMaster University ha unito le proprie competenze in chimica, biologia strutturale e medicina trasfusionale per scoprire il meccanismo alla base di questo esito clinico contraddittorio in alcuni pazienti.

Precedenti ricerche hanno identificato il fattore piastrinico 4 (PF4) come una proteina di interesse nella trombocitopenia indotta da eparina (HIT). Il PF4 è una proteina prodotta dall'organismo che svolge un ruolo nella coagulazione del sangue. Tuttavia, in alcuni pazienti trattati con eparina, il PF4 cambia forma, dando origine a proteine ​​irregolari che vengono prese di mira dagli anticorpi, scatenando una risposta immunitaria che porta alla HIT. Sebbene rara, la formazione di coaguli di sangue a causa della HIT può essere potenzialmente letale, causando ictus, infarto, amputazione o morte.

Utilizzando un approccio interdisciplinare, il gruppo della McMaster University si è concentrato sull'identificazione dell'"interruttore molecolare" che innesca il cambiamento di forma osservato nella proteina PF4. Il loro lavoro è stato pubblicato su Nature Communications.

"Questo studio fornisce una spiegazione molecolare di come il PF4 diventi un antigene patogeno", ha affermato l'autore principale Giuseppe Melacini, PhD, professore presso i dipartimenti di chimica e biologia chimica e di biochimica e scienze biomediche. "Identificando l'interruttore strutturale che controlla questo processo, abbiamo rivelato un nuovo modo di pensare a come rilevare o prevenire queste pericolose reazioni immunitarie".

La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) avanzata ha permesso ai ricercatori di identificare l'interruttore molecolare cercato per PF4. Hanno iniziato il loro lavoro esplorando la struttura nativa di PF4.

"Per comprendere come la PF4 si trasformi da proteina benigna in antigene immunogenico, è essenziale comprendere le dinamiche strutturali della PF4 alla base dell'esposizione al neoepitopo", hanno scritto gli autori.

Il gruppo ha utilizzato "un approccio integrato che combina spettroscopia NMR ad alta risoluzione, SEC-MALS, mutagenesi, modellazione di rete e simulazioni di dinamica molecolare. L'integrazione di questi metodi ha rivelato informazioni strutturali e meccanicistiche sull'asimmetria conformazionale dei tetrameri di PF4 in soluzione".

La combinazione di approcci ha permesso al gruppo di chiarire come i dimeri interagissero in modo dinamico attraverso diverse attivazioni e l'uso di molecole mutanti.

"Le mutazioni che colpiscono i siti di commutazione della simmetria stabilizzano un tetramero PF4 simmetrico con un'affinità notevolmente ridotta per gli anticorpi HIT. Questi risultati ribaltano l'ipotesi di lunga data secondo cui solo le forze elettrostatiche determinano l'asimmetria del PF4", hanno scritto.

Tipicamente, il PF4 si assembla a partire da due dimeri. Le variazioni conformazionali di questi dimeri formano un tetramero asimmetrico con estremità aperte e chiuse variabili, e possono portare ad interazioni variabili tra il PF4 e l'eparina o gli anticorpi, innescando una reazione che può causare la trombocitopenia indotta da eparina (HIT). Mentre i dati precedenti supportavano l'idea che le cariche elettrostatiche fossero il principale fattore determinante dei cambiamenti conformazionali del tetramero, il gruppo ha dimostrato che tali cambiamenti possono essere modulati attraverso modifiche strutturali – mutazioni – che alterano la capacità di commutazione, mantenendo il PF4 nella sua forma chiusa e riducendo drasticamente la sua capacità di provocare una risposta immunitaria.

"Questo lavoro dimostra la forza della collaborazione interdisciplinare", ha affermato Ishac Nazy, PhD, professore associato presso i dipartimenti di medicina e biochimica e scienze biomediche e il Michael G. DeGroote Centre for Transfusion Research. "Combinando approcci avanzati di imaging molecolare con competenze cliniche, siamo stati in grado di rispondere ad un quesito di lunga data su cosa spinga la proteina PF4 a diventare bersaglio di anticorpi dannosi".

"Abbiamo identificato una singola mutazione puntiforme (L8A) sufficiente a riprogrammare l'intera architettura tetramerica e le reti allosteriche di PF4 in tetrameri simmetrici chiusi-chiusi con affinità ridotta per gli anticorpi IgG di tipo HIT", hanno scritto.

Sebbene gli autori abbiano ammesso che questo lavoro non identifichi una singola via terapeutica, sottolineano che fornisce un "modello concettuale fondamentale per sviluppare composti utili ad una migliore comprensione della fisiopatologia della PF4". Scrivono inoltre che questo lavoro potrebbe essere utilizzato per comprendere meglio altre patologie autoimmuni, affermando che potrebbe trattarsi di "una strategia generalizzabile per attenuare le risposte autoimmuni stabilizzando selettivamente gli stati conformazionali non immunogenici delle proteine ​​endogene, piuttosto che sopprimere globalmente l'immunità".

ENGLISH

Although heparin, a commonly used blood thinner, typically reduces clotting, a rare but potentially life-threatening immune reaction called heparin-induced thrombocytopenia (HIT) is possible. A team of researchers from McMaster University have combined their varied expertise in chemistry, structural biology, and transfusion medicine to uncover the mechanism driving this contradictory medical outcome in some patients.

Prior research has identified platelet factor 4 (PF4) as a protein of interest in HIT. PF4 is a protein produced in the body with a role in blood clotting. However, in some patients treated with heparin, PF4 changes shape, resulting in irregular proteins that are targeted by antibodies, triggering an immune response resulting in HIT. Though rate, the blood clots developed through HIT can be life-threatening, potentially leading to stroke, heart attack, limb loss, or death.

Using an interdisciplinary approach, the McMasters team focused on identifying the “molecular switch” that spurs the shape change seen in PF4. Their work is published in Nature Communications.

“This study provides a molecular explanation for how PF4 becomes a pathogenic antigen,” said lead author Giuseppe Melacini, PhD, professor from the chemistry and chemical biology and biochemistry and biomedical sciences departments. “By identifying the structural switch that controls this process, we’ve revealed a new way of thinking about how to detect or prevent these dangerous immune reactions.”

Advanced nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, allowed the researchers to identify the sought after molecular switch for PF4. They began their work by exploring the native structure of PF4.

“To understand how PF4 transitions from a benign protein into an immunogenic antigen, it is essential to understand the PF4’s structural dynamics underlying neoepitope exposure,” the authors wrote.

The team used “an integrative approach combining high-resolution NMR spectroscopy, SEC-MALS, mutagenesis, network modeling, and molecular dynamics simulations. The integration of these methods has revealed structural and mechanistic insights into the conformational asymmetry of PF4 tetramers in solution.”

The combination of approaches enabled the team to clarify how the dimers interacted in dynamic ways through differing activations and the use of mutant molecules.

“Mutations that target symmetry-switching sites stabilize a symmetric PF4 tetramer with markedly reduced affinity for HIT antibodies. These findings overturn the long-standing hypothesis that electrostatics alone drive PF4 asymmetry,” they wrote.

Typically, PF4 is assembled from two dimers. Shifts in conformation of these dimers form an asymmetrical tetramer with variable open and closed ends, and can lead to variable interactions between PF4 and heparin or antibodies which can trigger a reaction leading to HIT. While previous data supported the idea that electrostatic charges were a primary driver of the tetramer conformation changes, the team demonstrated that conformation changes can be modulated through structural changes—mutations—altering the switch ability, keeping PF4 in its closed form, dramatically reducing its ability to provoke an immune response.

“This work shows the power of collaboration across disciplines,” said Ishac Nazy, PhD, associate professor in the departments of medicine and biochemistry and biomedical sciences and the Michael G. DeGroote Centre for Transfusion Research. “By combining advanced molecular imaging approaches with clinical expertise, we were able to answer a longstanding question about what causes PF4 to become a target of harmful antibodies.”

“We have identified a single point mutation (L8A) that is sufficient to reprogram PF4’s entire tetrameric architecture and allosteric networks into symmetric closed-closed tetramers with reduced affinity for HIT-like IgG antibodies,” they wrote.

While the authors conceded that this work doesn’t identify a single therapeutic avenue, the point out that is provides a “conceptual foundational blueprint to develop tool compounds for a better understanding of PF4 pathophysiology.” They also write that this work could be used to better understand other auto-immune conditions, stating that this could be “a generalizable strategy for attenuating autoimmune responses by selectively stabilizing non‑immunogenic conformational states of self‑proteins rather than globally suppressing immunity.”

Da:

https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/translational-research/mechanism-driving-blood-clotting-disorder-identified/