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Structure and function analysis of Factor VII Activating Protease (FSAP) with respect to vascular pathophysiology

Struktur und Funktionsanalyse der Faktor VII aktivierenden Protease (FSAP) in Bezug auf vaskulÀre Pathophysiologie

Muhl, Lars


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-72040
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2009/7204/

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SWD-Schlagwörter: Protein HABP2 , Arteriosklerose , Restenose , Proteolyse , EnzymaktivitÀt
Universität Justus-Liebig-UniversitĂ€t Gießen
Institut: Institute fĂŒr Biochemie
Fachgebiet 1: Biochemie (FB 08)
Fachgebiet 2: Medizin fachĂŒbergreifend
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mĂŒndlichen PrĂŒfung: 15.12.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 25.09.2009
Kurzfassung auf Englisch: The functions of factor VII activating protease (FSAP) in the vascular system have been investigated. Marburg I (MI)-FSAP-polymorphism correlates with various vascular diseases and is characterized by a reduced proteolytic activity. Hence, the activity of FSAP appears to be of pivotal importance in vascular homeostasis. Further evidence for the contribution of FSAP to vascular pathophysiology was provided by the fact that FSAP-antigen and mRNA have been found within atherosclerotic plaques. FSAP circulates as an inactive zymogen in plasma and is activated by negatively charged polyanions. However, the precise mechanisms of FSAP-activation have not yet been elucidated. FSAP is known to inhibit platelet-derived growth factor (PDGF)-BB-mediated cell activation, whilst PDGF-BB is an important factor in the development of atherosclerosis and contributes to other fibrotic and cancer-related diseases.
FSAP has been shown to be activated by heparin and RNA. Herein it has been demonstrated that polyphosphate, released by activated platelets, is a newly detected cofactor for FSAP. The high negative charge-to-size ratio and overall molecular size of polyanions qualify them as cofactors for FSAP. Furthermore, by using recombinant ΔEGF-3-FSAP, the importance of FSAP’s EGF-3 domain in its interaction with polyanions could be confirmed. Heparin is released by mast cells, polyphosphate by platelets and RNA might be released from dying cells. Therefore, these cofactors can be present at sites of atherosclerosis and regulate FSAP function in these circumstances.
FSAP is inhibited by serine protease inhibitors, such as protease nexin (PN)-1, plasminogen activator inhibitor (PAI)-1 and antithrombin III. If FSAP was complexed with either PN-1 or PAI-1 its internalization in a LDL receptor-related protein (LRP)-dependent mechanism by smooth muscle cells and fibroblasts could be shown. Hence, LRP accounts for the clearance of FSAP-inhibitor complexes. The functionality of LRP is crucial in the regulation of PDGF-BB signaling. However, the interaction of FSAP-inhibitor complexes with LRP had no impact on the LRP-mediated regulation of PDGF-BB signal-transduction.
The inhibitory effect of FSAP on PDGF-BB-dependent cell activation occurs through specific cleavage of the PDGF-BB molecule. The cleavage-sites of FSAP in the PDGF-BB molecule have been identified. This revealed that FSAP-dependent cleavage had destroyed the receptor binding motif of PDGF-BB. Hence, the reduced proteolytic activity of MI-FSAP is the determinant for its correlation with vascular diseases, which has been demonstrated by its inability to inhibit PDGF-BB-dependent smooth muscle cell activation.
With the herein presented results, new insights into the complex mechanisms that are involved in FSAP-regulation have been created. The improved description of these mechanisms may lead to novel therapeutic approaches in the treatment of fibro-proliferative, cancer-related and atherosclerotic diseases.
Kurzfassung auf Deutsch: Die Aufgaben der Faktor VII aktivierenden Protease (FSAP) im vaskulĂ€ren System wurden untersucht. Der Marburg I (MI)-FSAP Polymorphismus zeigt eine Verbindung zu verschiedenen vaskulĂ€ren Erkrankungen auf, und zeichnet sich durch eine verringerte enzymatische AktivitĂ€t aus. Daraus wird ersichtlich, dass die AktivitĂ€t der FSAP von entscheidender Bedeutung fĂŒr die vaskulĂ€re Homeostase ist. Weitere Hinweise auf eine Verbindung zur vaskulĂ€ren Pathophysiologie wurden durch die Tatsache, dass Protein und mRNA der FSAP in arteriosklerotischen Plaques gefunden wurden, geliefert. Die FSAP zirkuliert als inaktives Zymogen im Plasma und wird von negativ geladenen Polyanionen aktiviert. Die genauen Mechanismen zur Aktivierung der FSAP sind jedoch noch nicht aufgeklĂ€rt. Es ist bekannt, dass die FSAP die platelet-derived growth factor (PDGF)-BB abhĂ€ngige Zellaktivierung inhibiert, wĂ€hrend PDGF-BB ein wichtiger Faktor fĂŒr die Entstehung von Arteriosklerose, und beteiligt an fibrotischen und krebs-assoziierten Erkrankungen, ist.
Es wurde gezeigt, dass die FSAP von Heparin und RNA aktiviert wird. Hier wird nun demonstriert, dass Polyphosphat, welches von aktivierten Thrombozyten freigesetzt wird, ein neu entdeckter Kofaktor der FSAP ist. Ein hohes VerhĂ€ltnis von negativer Ladung zur GrĂ¶ĂŸe und die allgemeine molekulare GrĂ¶ĂŸe qualifizieren Polyanionen zu Kofaktoren der FSAP. WeiterfĂŒhrend konnte, durch die Verwendung von rekombinantem ΔEGF-3-FSAP, die Bedeutung der FSAP-EGF-3 DomĂ€ne, fĂŒr ihre Interaktion mit Polyanionen, bestĂ€tigt werden. Heparin wird von Mastzellen freigesetzt, Polyphosphate von Thrombozyten und RNA könnte von sterbenden Zellen freigesetzt werden. Demnach können diese Kofaktoren in Bereichen von Arteriosklerose vorhanden sein und dort die Funktionen der FSAP regulieren.
Die FSAP wird durch Serinprotease Inhibitoren wie Protease Nexin (PN)-1, Plasminogen Aktivator Inhibitor (PAI)-1 und Antithrombin III inhibiert. Wenn die FSAP in Komplexen mit PN-1 oder PAI-1 vorlag, konnte ihre Internalisierung durch einen LRP abhĂ€ngigen Mechanismus, in glatten Muskelzellen und Fibroblasten, aufzeigen werden. Demzufolge ist LDL Receptor-releated protein (LRP) fĂŒr die Beseitigung der FSAP-Inhibitor Komplexe verantwortlich. Die FunktionalitĂ€t des LRP ist wichtig fĂŒr die Regulation des PDGF-BB Signalweges. Die Interaktion der FSAP-Inhibitor Komplexe mit LRP hatte jedoch keinen Einfluss auf die LRP abhĂ€ngige Regulation der PDGF-BB SignalĂŒbertragung.
Der inhibitorische Effekt der FSAP auf die PDGF-BB abhĂ€ngige Zellaktivierung wird durch eine spezifische Spaltung des PDGF-BB MolekĂŒls erzielt. Die Spaltstellen der FSAP im PDGF-BB MolekĂŒl wurden identifiziert. Damit wurde aufgezeigt, dass durch die FSAP abhĂ€ngige Spaltung das rezeptorbindende Motiv des PDGF-BB zerstört wird. Demzufolge ist die verringerte proteolytische AktivitĂ€t der MI-FSAP der bestimmende Faktor fĂŒr ihre Verbindung zu vaskulĂ€ren Krankheiten, welches durch ihre UnfĂ€higkeit zur Inhibition der PDGF-BB abhĂ€ngigen Aktivierung glatter Muskelzellen aufgezeigt wurde.
Mit den in dieser Arbeit prĂ€sentieren Resultaten wurden neue Einsichten in die komplexen Mechanismen, welche an der Regulation der FSAP beteiligt sind, geschaffen. Ein besseres VerstĂ€ndnis dieser Mechanismen könnte zu neuen therapeutischen AnsĂ€tzen zur Behandlung von fibro-proliferativen, krebs-assoziierten und arteriosklerotischen Krankheiten fĂŒhren.
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