The pathophysiological significance of Factor Seven (FVII) activating protease (FSAP) in Ischemic stroke

Abstract

Factor Seven Activating Protease (FSAP) is a circulating protease with a rolein coagulation, fibrinolysis and inflammation. The FSAP-Marburg I polymorphism,with low proteolytic activity, is associated with an increased risk of stroke and late complications of carotid stenosis in humans. We recently showed that FSAP antigen and activity levels are elevated in patients with Ischemic Stroke. In order to find a mechanistic explanation for this we have investigated the effect of FSAP on primary mouse brain microvascular endothelial cells, astrocytes and neurons. We demonstrate that FSAP can regulate endothelial permeability in an in-vitro model of the blood brain barrier (BBB) by stabilizing junctional localization of ZO-1 and by preventing the opening of the endothelial tight junctions after oxygen glucose deprivation (OGD)/reoxygenation. Furthermore, FSAP can cross the BBB and exert a protectiveeffect on cortical astrocytes and neurons exposed to conditions mimicking stroke by activating the PI3K-Akt pathway. This protective effect was mediated by PAR-1 dependent activation of Akt pathway and dependent on its proteolytic activity. In a mouse in-situ thromboembolic stroke model, we observed that infarction volumes at 24 hours were significantly larger in FSAP-/- mice and neurological score worse. However, no difference was observed in the either cerebral reperfusion or cerebral vasculature. Increased FSAP antigen and activity levels were detected in WT mice after stroke in accordance with the clinical findings. In the absence of endogenous FSAP, there was a tendency towards a pro-inflammatory phenotype post stroke. Also, the lack of FSAP after stroke resulted in decreased Akt phosphorylation and Bcl-2 levels while increased levels of p53 were observed. Thus, from the data presented in this thesis, we propose that FSAP is a novel neuroprotective agent of the neurovascular unit and loss of FSAP activity could suggest the possible mechanism which leads to less protection in Marburg I polymorphism patients. Die Faktor VII-aktivierende Protease (FSAP) ist eine zirkulierende Proteasemit einer Rolle in der Koagulation, der Fibrinolyse und in Entzündungsprozessen. Der FSAP-Marburg-I-Polymorphismus, ohne proteolytisch Aktivität ist mit einem erhöhten Risiko für Hirn-Infarkte und späteren Komplikationen wie Karotisstenosen assoziiert. Wir zeigen, dass FSAP-Antigen und -Aktivität in Patienten mit ischämischem Schlaganfall erhöht sind. Um eine mechanistische Erklärung dafür zu finden, haben wir die Wirkung von FSAP auf primäre mikrovaskuläre Hirn-Endothelzellen, Astrozyten und Neuronen untersucht. In dieser Studie zeigen wir, dass FSAP die endotheliale Permeabilität in einem in-vitro-Modell der Blut-Hirn-Schranke (BBB) durch Stabilisierung der junktionalen Lokalisierung von ZO- 1 und durch die Öffnung der endothelialen tight-junctions nach Sauerstoff-Glucose-Deprivation (OGD)/ Reoxygenierung verhindern regulieren bzw kann. Darüber hinaus kann FSAP die BBB überqueren und somit eine schützende Wirkung auf kortikale Astrozyten und Neuronen ausüben, die einem Schlaganfall nach Aktivierung des PI3K-Akt-Signalweges ausgesetzt sind. Dieser schützende Effekt wird durch PAR-1-abhängige Aktivierung des Akt-Signalweges vermittelt. In einem in-situ thromboembolischen Schlaganfall-Modell der Maus beobachteten wir, dass das Infarktvolumen nach 24 Stunden deutlich größer und das neurologische Ergebnis in FSAP-/- Mäusen deutlich schlechter war. Es wurde kein Unterschied in der zerebralen Reperfusion oder in zerebralen Gefäßen beobachtet. In WT-Mäusen wurde mehr FSAP-Antigen und eine erhöhte FSAP-Aktivität festgestellt. In Abwesenheit von endogenem FSAP gab es eine Tendenz hin zu einem pro-inflammatorischen Phänotyp nach einem Schlaganfall. Auch das Fehlen von FSAP nach einem Schlaganfall führtezu einer verringerten Akt- Phosphorylierung und veringerten Bcl-2-Werten währenderhöhte p53-Werte beobachtet wurden. So gibes eine neue Rolle für FSAP alsneuroprotektives Agens in der neurovaskulären Einheit und der Verlust der FSAPAktivität könnte eine mögliche Ursache des geringeren Schutzes in Marburg-IPolymorphismus Patienten sein.