Study of the origin of platelets coagulation protein S by human megakaryocyte cultures and characterization of platelets protein S in patients with inherited protein S deficiency

La proteina S (PS) è una glicoproteina plasmatica, vitamina K-dipendente, con molteplici funzioni nell’ambito della coagulazione, infiammazione e apoptosi. Il suo peso molecolare è di 70 kDa e la sua concentrazione plasmatica di circa 25 mg/L. Nel plasma umano il 40% della PS circola in forma libera, mentre il restante 60% è legato alla C4b-binding-protein, una proteina del sistema del complemento. La PS circolante nel plasma viene sintetizzata principalmente nel fegato ma anche le cellule endoteliali, le cellule di Leydig e una linea cellulare di megacariociti sono in grado di sintetizzarla. Le piastrine contengono PS, anche se la sua origine non è ancora stata chiarita. Si ipotizza che derivi dalla sintesi dei megacariociti o che siano gli stessi megacariociti ad assumerla dal pool plasmatico mediante un meccanismo di endocitosi. La PS libera agisce da cofattore per la proteina C attivata (APC) nell’inattivazione dei fattori procoagulanti Va (FVa ) e VIIIa (FVIIIa). La PS esercita anche un’azione anticoagulante APC-indipendente, probabilmente inibendo direttamente i complessi tenase e protrombinase. Si suppone che la PS rilasciata dalle piastrine in seguito alla loro attivazione regoli la generazione di trombina, controllando perciò l’attività procoagulante. I difetti di PS sono a trasmissione autosomica dominante e vengono classificati in tre tipi: – difetto di tipo I, caratterizzato da ridotti livelli plasmatici di PS totale e libera; – difetto di tipo II, caratterizzato da livelli fisiologici di PS totale e libera associati ad una ridotta attività; 6 – difetto di tipo III, presenta una PS libera ridotta ed una PS totale nella norma. I difetti di PS sono generalmente associati ad un aumentato rischio di trombosi venosa profonda, embolismo polmonare ed, in qualche caso, a trombosi arteriosa. Nei deficit di PS il rischio di trombosi venosa aumenta se associato ad altre condizioni di carattere genetico o acquisito quali il FV Leiden, l’aplotipo HR2 del FV e mutazioni a carico del gene che codifica per la protrombina. Molteplici fattori, tra cui la gravidanza, la terapia anticoncezionale e anticoagulante orale, riducono la concentrazione plasmatica della PS. Al fine di chiarire l’origine della PS piastrinica, abbiamo messo a punto un modello in vitro di colture di megacariociti umani. Le cellule staminali ematopoietiche sono state isolate con histopaque da sangue intero di soggetti sani e con difetto di PS. Le cellule mononucleate sono state coltivate in un terreno privo di siero ed in presenza di trombopoietina (TPO) e interleuchina 3 (IL3) per stimolarne la differenziazione in una linea magacariocitaria. Le cellule mononucleate differenziate presentavano una morfologia simile a quella dei megacariociti e risultavano positive all’anticorpo anti-CD41; questi elementi ci hanno permesso di confermare che si trattasse effettivamente di megacariociti. Inoltre, la marcatura dei megacariociti con anticorpi anti ??-tubulina e ?-tubulina ha evidenziato sia la presenza di estensioni citoplasmatiche denominate “proplatelets” sia il rilascio di piastrine da parte dei megacariociti. In aggiunta, mediante tecniche di immunofluorescenza, abbiamo rilevato la presenza del FV a livello citoplasmatico, mentre la PC era assente. La PS era presente nel citoplasma dei megacariociti isolati da individui sani e con difetto di PS. La nostra ricerca ha così dimostrato la sintesi di PS da parte dei megacariociti. 7 Per studiare il meccanismo che regola i livelli di PS presenti nel plasma e all’interno delle piastrine, abbiamo determinato la concentrazione di PS plasmatica e piastrinica in soggetti sani e portatori di difetto di PS. La PS piastrinica mostrava lo stesso pattern elettroforetico di quella isolata dal plasma. L’analisi immunologica ha inoltre evidenziato, per alcuni soggetti portatori del difetto, una PS plasmatica con differente peso molecolare rispetto ai controlli sani; questo ci ha suggerito la presenza di mutazioni nel gene della PS. Abbiamo quindi testato la presenza di eventuali mutazioni e dell’allele Heerlen. In soggetti portatori di difetto di PS di tipo I i livelli di PS totale plasmatici, e libera erano: 62±7% e 37±12% . In soggetti portatori di difetto di PS di tipo III i livelli di PS totale e libera nel plasma erano di 85±13% e 41±13%. I livelli di PS nelle piastrine nei soggetti portatori di difetto di PS di tipo I e di tipo III erano di 66 ±32% e 80±37%. In un gruppo di persone sane i livelli di PS totale, libera e piastrinica erano di 119±17%, 110±17% e 101±30%, rispettivamente. Dall’analisi dei livelli plasmatici e piastrinici di PS in soggetti portatori del difetto di tipo I e III è emerso che a) nei pazienti con difetto i livelli di PS totale e libera erano più bassi rispetto ai soggetti sani; b) i pazienti con difetto presentavano livelli di PS piastrinica ridotti rispetto agli individui sani utilizzati come controllo. La nostra analisi ha dimostrato una stretta correlazione tra la PS plasmatica (libera e totale) e quella piastrinica. La diminuzione della concentrazione di PS piastrinica, osservata negli individui portatori del difetto, riflette l’abbassamento del livello di PS plasmatica, sebbene la quota di PS all’interno delle piastrine risulti maggiore rispetto a quella della PS presente nel plasma in forma libera. In seguito abbiamo studiato l’effetto di sostanze anticoagulanti sui livelli plasmatici e piastrinici di PS in pazienti 8 sani in trattamento con warfarina. E’ noto che la warfarina abbassa i livelli plasmatici di PS in quanto quest’ultima è una proteina vitamina Kdipendente. Anche i livelli di PS plasmatica, (totale e libera), e piastrinica dei medesimi soggetti in terapia con warfarina risultano ridotti rispetto alla norma ma l’abbassamento della concentrazione di PS appare molto più marcata all’interno delle piastrine piuttosto che nel plasma. Infine abbiamo valutato l’effetto della warfarina e della vitamina K sulla sintesi di PS da parte dei megacariociti. Mediante tecniche di immunofluorescenza abbiamo osservato una ridotta sintesi della PS nei megacariociti trattati con warfarina rispetto alle cellule di controllo; al contrario, i megacariociti coltivati in un terreno supplementato con vitamina K mostravano un incremento della sintesi di PS.