Heparin - en polysackarid (Ulf Lindahl)
Heparin – en polysackarid med koppling till många sjukdomar Göteborg 150423 Alla celler är täckta av ”glykaner” Glycocalyx Cytoplasm Nucleus Plasma Membrane ~50 nm Endothelial glycocalyx Audrey M. Glauert and G.M.W. Cook Human lymfocyt B. van den Berg Glykanklasser (glykokonjugat) Essentials of Glycobiology Second Edition Ingen “template” för glykosylering! DNA mRNA protein enzym glykokonjugat Varför “heparin”-inspiration? • • • • • • Typiskt “glykobiologiska” frågeställningar Klarlägger livsviktiga mekanismer Nytt ljus över viktiga patofysiologiska fenomen Potential för nya läkemedel Många exempel på “oväntad nytta” Vårt forskningsfält! Upptäckten av heparin • A phosphatide preparation from dog liver shown to have powerful anticoagulant activity (McLean, 1916) McLean Active substance named heparin; believed Howell to be a phospholipid (Howell & Holt, 1918) Isolation procedure improved. Heparin shown to be a carbohydrate containing uronic acid (Howell, 1925, 1928) venous thrombosis Development Longitudinal Section of Longitudinal Section Longitudinal Section Heparin i preoperativ trombosprofylax Clarence Crafoord 1899-1984 Erik Jorpes 1894-1973 Xa lösligt olösligt koagel U. Abildgaard R. Rosenberg Heparinlösning Affinitets-kromatografi av heparin på antitrombinSepharos Antitrombin Sepharos 30 enh/mg 300 enh/mg Pentasackarid, antitrombin och koagulationsenzym Courtesy of J. Huntington Degranulating mast cell Courtesy of G. Pejler Sven Gardell JE Jorpes and S Gardell (1948) On heparin monosulfuric acid. J. Biol. Chem. 176, 267 DEUTEROSTOMES Vertebrates PROTOSTOMES Echinoderms Annelids Molluscs Ascidians (Tunicates) Arthropods Trochophore larva Dipleurula (tornaria) larva Platyhelminthes Schizocoelomate lineage Enterocoelomate lineage Radial cleavage, deuterostomal gastrulation Primitive flatworms (acoelomate) Spiral cleavage, protostomal gastrulation Pseudocoelomate lineage BILATERAL SYMMETRY Planuloid larva Coelenterates (Cnidarians) Sponges Colonial protozoans Other protozoans Flagellate protistans Aschelminthes Diagrammatic representation of major evolutionary divergences. (Other models are possible, but the general schemes are all similar to the one shown here.) Heparin och heparansulfat Heparin och heparansulfat – jonbindning av proteiner, selektivt till heparansulfat HS-strukturen är cell-specifik! Olika celler olika HS struktur A B C Heparin Olika HS-strukturer selektiv proteinbindning Tillväxtfaktorer och receptorer Exempel på proteinbindning Mikroorganismer Enzym, enzymhämmare Utan heparansulfat ingen embryonalutveckling Lin et al. (2000) Dev. Biol. 299-311 HS’s finstruktur funktionellt betydelsefull! Utan iduronsyra inga njurar +/+ -/- b a k t b a t Sjukdomar kopplade till heparansulfat Virusinfektioner (Herpes, papillomvirus etc.) Amyloidos-sjukdom Cancer Malaria Förlossning Fetma? Inflammation? Amyloid – felaktigt veckade peptider, bildar aggregat i vävnader Amyloidos-sjukdom AA-amyloidos Alzheimers sjukdom Parkinsons sjukdom Type 2 diabetes ALS Creutzfeld-Jacobs sjkd Amyloid-peptid AA-peptid Aß-peptide a-synuclein IAPP Superoxid-dismutas Prionproteiner Samtliga amyloid-peptider binder HS! Heparansulfat inducerar aggregation av amyloid-peptider HS chain Amyloid monomer Amyloid oligomer Amyloid fibril Samlokalisering av Aß och heparansulfat vid Alzheimer’s sjukdom 6E10 Anti A 40 Alcian blue 6E10 + Alcian blue Anti-heparan sulfate Merge O’Callaghan et al. 2008, Brain Pathol. Cancer – tumörväxt och metastasering beroende av nybildning av blodkärl Nyutvecklade blodkärl runt en malign tumör Heparanas (I. Vlodavsky) Heparansulfat Nybildning av blodkärl! (angiogenes) Tillväxtfaktorer som krävs för angiogenes Tillväxtfaktorer mobiliseras av heparanas, som specifikt spjälkar heparansulfat Malaria Dödar ~1/2 million barn per år, främst i Afrika Cerebral malaria, orsakad av P. falciparum MUNIR et al 1976-1980 33 patients 2-12 years old cerebral malaria, coma 16 patients heparin (chloroquine) 17 patients control group (chloroquine) Heparin 2 mg/kg, iv or im, single dose, 3 days Control group: 13 ( 76.5% mortality) Heparin group: 2 ( 12.5% mortality) Plasmodium falciparum-Encoded Membrane Protein 1 Virulence DBL1 a CIDR1 a DBL2 d TM CIDR2 PfEMP1 Heparan sulfate Blood group A antigen IgM Heparan sulphate CD 36 PECAM-1/CD31 Heparin konkurrerar ut heparansulfat från PfEMP1 Endothelium Chen et al 1998, JEM Barragan et al 2000, Blood Chen et al 2000, JEM Vogt et al 2003, Blood Vogt et al 2004, Biochem J Malaria-inducerade proteinet (PfEMP1) binder till heparansulfat exponerat på kärlendotelet och erytrocyter Heparansulfatet “konkurreras ut” av heparin-fragment Perjodat-oxidation (IO4-) slår ut antikoagulansaktiviteten IO4- Rosettbildning … … elimineras av deaktiverade heparinfragment UAS29 UAS22 UAS31 FCR3S1.2 Vogt et al 2006, PLoS pathogens Förlossning - förutsätter uterus-kontraktion och cervix-”utmognad” Muskulatur - kontraktion Stram bindväv - luckras upp Kvinnor som heparinbehandlats under graviditeten får snabbare förlossning 25 labor time (h) 20 p<0.0001 15 10 5 0 Control n=181 Dalteparin = lågmolekylärt heparin n=93 Ekman-Ordeberg et al., Acta Obstet Gynecol Scand 2009 Mätning av muskelkontraktion – human uterusvävnad Kontroll Heparin Mekanism?? Ekman-Ordeberg et al., 2009 Transgent överuttryck av Syndecan-1, en heparansulfat-proteoglykan Fetma ”Syndtrophin”-musen (6 mån. gammal) med vildtyp-syskon (Reizes et al., Cell 2001) MCR4 reglerar aptit Syndecan-3 Syndecan-1 saknar den klyvbara peptidsekvensen Hypothalamus Proteas induceras vid mättnad Reizes et al., Cell 2001 Heparanas HS FGFR Heparanas – som specifikt spjälkar heparansulfat – kan det påverka MCR4-systemet? Heparanas-överuttryck (Hepa-tg) a-MSH MCR4 Effekt av heparanas-överuttryck mössen blir magra! Är konstitutivt uttryckt heparanas aptitreglerande? Heparanas knockout (Hepa-KO) a-MSH HS AGRP MCR4 Heparanas-KO-möss blir feta Hpa-KO-mössen äter mera av en fettrik diet Karlsson-Lindahl et al., PLoS One 2012 Sammanfattning Interaktioner mellan heparansulfat och proteiner är av central betydelse vid en rad sjukdomstillstånd. De pekar också mot en - ännu outnyttjad - potential för utveckling av nya läkemedel. Samarbeten (gruppledare) Lena Kjellén, Jin-ping Li – HS biosyntes Jin-ping Li, Xiao Zhang – heparanas Dorothe Spillmann – HS receptorfunktioner; malaria Mats Wahlgren – (KI) malaria Lena Claesson-Welsh – HS och angiogenes Gunvor Ekman-Ordeberg (KS), Anders Malmström (LU), Erik Holmer (Dilafor AB) – heparin och förlossning
© Copyright 2024