ADAMTS13 phenotype in health and disease with special reference to thrombotic thrombocytopenic purpura

Abstract

Von Willebrand factor (VWF) is synthesized and secreted by endothelial cells into the plasma as a series of multimers. VWF induces the formation of platelet plugs at sites of vascular injury and high shear stress. Biological activity is dependent on multimeric size, which is regulated in plasma by the VWF-cleaving protease ADAMTS13. Severe ADAMTS13 deficiency is associated with thrombotic thrombocytopenic purpura (TTP), a life threatening thrombotic microangiopathic disorder characterized by thrombocytopenia, hemolytic anemia, neurological and renal manifestations, and fever. Congenital TTP occurs due to ADAMTS13 mutations, while acquired TTP is associated with autoantibodies against the protease. Severe ADAMTS13 deficiency results in the accumulation of ultra-large (UL) VWF multimers, which induce the formation of disseminated thrombi in the microcirculation. The present study aimed to describe the ADAMTS13 phenotype in plasma and kidney (one of the main target organs in TTP) from normal controls and TTP patients. In addition, ADAMTS13 expression was studied in renal tissue and urine from patients with tubular damage.



Patients with congenital TTP had undetectable ADAMTS13 antigen in the plasma as detected by immunoblotting. Patients with acquired TTP expressed the normal phenotype but the protease circulated in complex with inhibitory autoantibodies. In normal kidney expression was detected in glomeruli (podocytes, endothelial cells and the glomerular basement membrane) and tubuli. Patients with congenital TTP exhibited a similar staining pattern but with seemingly higher intensity, presumably due to impaired secretion resulting in intracellular accumulation. Podocytes and tubular cells were shown to synthesize biologically active ADAMTS13. Tubular damage altered the tubular expression pattern and resulted in detection of ADAMTS13 antigen in urine.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Bakgrund



När en kärlskada uppstår är det viktigt att blödningen snabbt kan stoppas. Detta åstadkomms genom att koagulationssystemet bildar en blodpropp vid skadestället. Von Willebrand faktorn (VWF) är ett stort protein som cirkulerar i blodet. Detta protein ingår, tillsammans med blodplättarna, i koagulationssystemets första fas. När ett kärl skadas binder VWF (som ser ut som långa proteinkedjor, "trådar") till skadestället åt ena sidan, och till blodplättarna åt andra sidan. Ett nätverk bildas av de långa VWF-trådarna och blodplättarna, vilket utgör en propp som täpper till kärlskadan.



Det är viktigt att den växande proppen regleras i storlek och inte tillåts bli så stor att den kan täppa till kärlet. Detta görs med hjälp av ett enzym, kallat ADAMTS13, som genom att klyva VWF begränsar tillväxten av VWF/blodplätt-nätverket som utgör proppen. Vid bristande klyvning av VWF kan proppar t.o.m. uppstå utan föreliggande kärlskada.



Den viktiga rollen som ADAMTS13 upptar i denna regleringsmekanism åskådliggörs av sjukdomen trombotisk trombocytopen purpura (TTP), som uppstår vid svår ADAMTS13-brist. TTP karakteriseras kliniskt av lågt antal blodplättar i cirkulationen, blodbrist, symptom från nervsystemet och njurar, samt feber. Vid TTP bildas otaliga spridda proppar i små kärl i flera organ, såsom hjärna och njurar. Följande händer vid TTP:



(1) blodplättarna förbrukas i de utspridda propparna, vilket leder till lågt antal blodplättar i blodbanan;



(2) lågt antal blodplättar i cirkulationen leder i sin tur till förhöjd risk för blödning, vilket bl.a. ter sig som små blödningar i huden, tandköttet och mag-tarmkanalen;



(3) blodbrist uppstår av att de röda blodkropparna går sönder när de tränger sig förbi propparna ute i cirkulationen;



(4) de otaliga propparna i små kärl leder till försämrad cirkulation och organskada, vilket yttrar sig som symptom från bl.a. hjärna och njurar.



TTP är ett mycket allvarligt tillstånd som kan vara livshotande. TTP indelas i två grupper: medfödd och förvärvad TTP. Den medfödda formen uppstår p.g.a. mutationer i genen som kodar för ADAMTS13, medan förvärvad TTP uppstår p.g.a. autoantikroppar riktade mot ADAMTS13.



Denna avhandling



Målsättning



Målet med avhandlingen har varit att studera uttrycket av ADAMTS13 i plasma (arbete I) och njure (arbete II) från friska personer och patienter med TTP. I det tredje arbetet studerar vi hur uttrycket i njuren påverkas vid specifik njurskada.



Resultat



Resultat från arbete I visar att patienter med medfödd TTP inte uttrycker ADAMTS13 i sin plasma. Däremot uppvisar patienter med förvärvad TTP normalt uttryck. Dessutom verkar autoantikropparna hos dessa patienter cirkulera bundna till ADAMTS13, vilket kan störa dess funktion.



Arbete II visar att ADAMTS13 uttrycks i vissa njurceller som kallas podocyter, endotelceller och tubuli. Dessa celler har en viktig funktion i blodrening i njurarna, en process som leder till produktion av urin. ADAMTS13 uttrycks i både normal njure och i njure från patienter med medfödd TTP. Patientvävnaden uppvisade starkare uttryck jämfört med frisk vävnad, vilket förklaras av att muterad ADAMTS13 hos dessa patienter inte utsöndras normalt utan ansamlas inne i cellerna. Vi visar även att podocyter kan bilda enzymatiskt aktivt ADAMTS13 som klyver VWF.



Arbete III är en fortsättning av den föregående studien. Vi visar att tubuliceller kan producera aktivt ADAMTS13 och att en skada på dessa celler i njuren leder till förändrat uttryck av ADAMTS13, samt till läckage av ADAMTS13 i urinen.



Slutsatser



Sammanlagt visar våra studier att mutationer i ADAMTS13 hos patienter med medfödd TTP kan leda till defekt utsöndring från cellerna, vilken kan förklara varför dessa patienter inte har cirkulerande ADAMTS13. Patienter med förvärvad TTP har en normal gen och därmed normalt ADAMTS13 uttryck, däremot bildar dessa patienter autoantikroppar som binder till ADAMTS13 i cirkulationen och hindrar dess aktivitet. Njurceller, såsom podocyter och tubuliceller, har förmåga att uttrycka aktivt ADAMTS13. Funktionen av ADAMTS13 i njuren är okänt och behöver klarläggas genom fortsatta studier. Man kan dock spekulera att proteaset har en lokal skyddande funktion mot bildandet av blodproppar i njurarna, eller att det har ytterliggare en annan, ännu obeskriven funktion.

• author: Manea Hedström, Minola
• supervisor: Diana Karpman
• opponent: Docent Voorberg, Jan, Department of Plasma Proteins, Sanquin Research, Amsterdam
• organization: Paediatrics (Lund)
• publishing date: 2007
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Pediatrics
• keywords: Urology, tubular cells, podocytes, kidney, plasma, ADAMTS13, thrombotic thrombocytopenic purpura, nephrology, Urologi, nefrologi, Pediatrics, Pediatri
• pages: 130 pages
• defense location: Segerfalksalen, Wallenberg Neurocentrum, BMC, Sölvegatan 17, Lund
• defense date: 2007-09-18 09:00:00
• ISBN: 978-91-85897-05-6
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: M Manea, A Kristoffersson, HM Tsai, W Zhou, I Winqvist, G Oldaeus, R Billström, P Björk, L Holmberg and D Karpman. 2007. ADAMTS13 phenotype in plasma from normal individuals and patients with thrombotic thrombocytopenic purpura. Eur J Pediatr, vol 166 pp 249-57.; M Manea, A Kristoffersson, R Schneppenheim, MA Saleem, PW Mathieson, M Mörgelin, P Björk, L Holmberg and D Karpman. 2007. Podocytes express ADAMTS13 in normal renal cortex and in patients with thrombotic thrombocytopenic purpura. Br J Haematol, vol 138 pp 651-62.; M Manea, J Karlsson, ZD Békássy and D Karpman. . ADAMTS13 is expressed in renal tubular epithelial cells. (manuscript)
• id: a7cff224-edf9-48f2-9ee8-5572d345ddda (old id 549005)
• date added to LUP: 2016-04-01 16:33:12
• date last changed: 2018-11-21 20:42:18