Extrazelluläre Ribonukleinsäuren (RNA), vor allem freigesetzt als Folge von Gewebsverletzungen, wurden von unserer Arbeitsgruppe als prokoagulatorischer und proinflammatorischer Faktor im vaskulären System identifiziert. Hierbei dient RNA einerseits über die Bindung an Proteine des intrinsischen Gerinnungsweges (Faktor XI, Faktor XII, Präkallikrein, hochmolekulares Kininogen) als effizienter Kofaktor für deren Autoaktivierung und führt zur Ausbildung eines stabilen Thrombus. Andererseits induziert extrazelluläre RNA über die Aktivierung des vaskulär-endothelialen Wachstumsfaktor-Rezeptor 2 (VEGF-R2) den Anstieg des intrazellulären Kalzium-Spiegels. Dies resultiert in einer Hyperpermeabilität des Endothels und der Ausbildung zerebraler Ödeme in vivo. Diese Effekte wurden in vivo durch die Applikation von Ribonuklease 1 (RNase 1), aber nicht mit Desoxyribonuklease (DNase), in entsprechenden Tiermodellen signifikant blockiert.Bislang gab es keine Hinweise, ob spezifische Strukturmerkmale für die physiologischen Effekte extrazellulärer Nukleinsäuren verantwortlich sind. Daher wurde in der hier vorliegenden Arbeit die prokoagulatorische Aktivität und die Stabilität verschiedener synthetischer Desoxyribonukleinsäure- (DNA) und RNA-Oligonukleotide in humanem Plasma sowie in isolierten Systemen in Abhängigkeit zu strukturellen Charakteristika untersucht. Hierbei waren Oligonukleotide mit stabiler Haarnadelsekundärstruktur (1) stärker vor der Degradierung durch Nukleasen geschützt, (2) effiziente Kofaktoren bei der Auto-Aktivierung von Präkallikrein im isolierten System und (3) prokoagulatorisch in humanem Plasma. Über Bindungsexperimente mit verschiedenen DNA-Oligonukleotiden wurden die stärksten Wechselwirkungen zwischen prokoagulatorisch aktiven Haarnadelstrukturen und hochmolekularem Kininogen (KD=1,82 µM), einem nicht-enzymatischen Kofaktor bei der Aktivierung von Präkallikrein und Faktor XI, charakterisiert. Ebenso zeigten synthetische, therapeutisch verwendete Nukleinsäuren (Aptamere) deutliche prokoagulatorische Eigenschaften. Die systemische Applikation von Aptameren könnte somit von thrombotischen und inflammatorischen Komplikationen begleitet werden. Aus diesen Ergebnissen lässt sich schlussfolgern, dass kurze Haarnadel-enthaltende Nukleinsäurestrukturen über die spezifische Bindung an Kininogen die Aktivierung des intrinsischen Gerinnungsweges vermitteln können. Dies erweitert unsere Kenntnisse bezüglich der Interaktion zwischen Gerinnungsproteinen und Nukleinsäuren, die bisher lediglich auf deren Größe und negative Ladung zurückgeführt wurden. In diesem Zusammenhang wurde Plättchenfaktor 4 (PF4), ein basisches Chemokin, das bei der Aktivierung von Thrombozyten aus den alpha-Granula freigesetzt wird, als neues Nukleinsäure-bindendes Protein identifiziert. Aufgrund seiner starken Bindung an zelluläre und synthetische Nukleinsäuren neutralisiert PF4 deren prokoagulatorische Aktivität und beeinflusst somit als neuer Regulator das Ausmaß der intrinsischen Blutgerinnung.Zirkulierende RNasen erfüllen als effiziente Gegenspieler der verschiedenen durch extrazelluläre RNA initiierten Prozesse im Gefäßsystem protektive Aufgaben. Hierbei ist insbesondere die Regulation der in Endothelzellen exprimierten RNase 1 unter inflammatorischen und prokoagulatorischen Bedingungen von Bedeutung. Eine signifikante Verminderung der RNase 1-Expression im Endothel wurde nach Stimulation mit Tumornekrosefaktor alpha (TNF-alpha) oder Thrombin detektiert, während Lipopolysaccharide keinen Effekt hatten. Der Einfluss der Agonisten war dabei reversibel, sodass die Expression von RNase 1 nach Entfernen des Stimulus wiederhergestellt wurde.Die Herunterregulation von RNase 1 durch TNF-alpha oder RNase 1-siRNA bewirkte eine Zunahme der endothelialen Permeabilität, da das unter Kontrollbedingungen in den adherens junctions exprimierte VE-Cadherin eine veränderte, teilweise cytosolische Lokalisierung zeigte. Die Analyse der beteiligten Signalwege, die zur Erniedrigung der RNase 1 Expression nach TNF-alpha-Behandlung in Endothelzellen führte, schloss einen NFkappaB-abhängigen Regulationsmechanismus aus. Vielmehr implizierte die Wiederherstellung der RNase 1-Expression durch Inhibierung der Histondeacetylasen mit Trichostatin A, dass die TNF-alpha-bedingte erniedrigte Expression von RNase 1 über Veränderungen im Acetylierungsstatus beteiligter Proteine reguliert wird.Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine genaue Regulation des RNA/RNase 1-Gleichgewichtes auf mRNA wie auch auf Proteinebene eine wichtige Rolle bei der Homöostase des vaskulären Systems spielt.
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