< Terug naar vorige pagina

Project

Ontrafelen van de rol van von Willebrand factor en ADAMTS13 in malaria

Malaria is erge ziekte die nog steeds leidt tot een half miljoen doden per jaar. Meer dan 90% van de dodelijke malaria gevallen vinden plaats bij kinderen onder de 5 jaar in Afrikaanse regio’s. Cerebrale malaria (CM) is de vaakst voorkomende complicatie en doodsoorzaak bij een ernstige Plasmodium falciparum infectie. Naast CM komt malaria-geassocieerd acuut respiratorische insufficiëntie (malaria-associated acute respiratory distress syndrome, MA-ARDS) ook vaak voor in volwassen patiënten, wat leidt tot een hoge mortaliteit ondanks behandeling tegen malaria. Ondanks het hoge mortaliteitscijfer zijn de pathofysiologische mechanismen die aan de basis liggen van zowel CM als MA-ARDS nog niet helemaal opgehelderd.

Klinische studies hebben aangetoond dat ernstige malaria geassocieerd is met verhoogde waarden van von Willebrand factor (VWF) in plasma. VWF is  een multimeer glycoproteïne dat cruciaal is voor de normale hemostase. Meer specifiek hebben patiënten met malaria vaak hyperactieve vormen van VWF en een gereduceerde activiteit van het VWF-knippend protease ADAMTS13 (A Disintegrin And Metalloproteinase with ThromboSpondin type 1 motif, 13). VWF wordt vrijgezet in de bloedbaan na activatie van de endotheelcellen (EC) en medieert locale trombo-inflammatoire processen. Er wordt echter aangenomen dat verhoogde VWF activiteit in patiënten met ernstige malaria niet enkel een merker voor EC activatie zijn, maar ook de pathogenese van ernstige malaria kunnen mediëren. De precieze mecahnismen van een mogelijke VWF-gemedieerde progressie van malaria symptomen werden echter nog niet onderzocht. In dit doctoraatsproject hebben we de rol van VWF en ADAMTS13 in de pathogenese van ernstige malaria proberen te ontrafelen door gebruik te maken van MA-ARDS en CM muismodellen.

Om experimentele MA-ARDS en experimentele CM (ECM) te induceren, werden C57BL/6 muizen geïnfecteerd met respectievelijk Plasmodium berghei NK65-E (PbNK65) en P. berghei ANKA (PbANKA) parasieten. Tijdens de infectie werden de veranderingen in VWF antigen (VWF:Ag) levels, VWF multimeer samenstelling, ADAMTS13 antigen (ADAMTS13:Ag) en ADAMTS13 activiteit gemeten in beide muismodellen (hoofdstuk 3-5). Net zoals in de  klinische studies waren de VWF:Ag levels ook verhoogd in onze muismodellen. Deze data tonen aan dat een verhoogde VWF concentratie een consistent kenmerk is van zowel muis als humane malaria infectie. Tijdens de laatste stadia van de ziekte zagen we in zowel het experimentele MA-ARDS als ECM model een reductie van de hoge moleculair gewicht (HMW) VWF multimeren. Deze reductie was kon niet verklaard worden door mogelijke proteolyse via ADAMTS13 of plasmine, maar is mogelijks het gevolg van een coagulopathie die optreedt in de latere stadia van malaria infectie. Een daling in ADAMTS13 activiteit werd enkel geobserveerd bij experimentele MA-ARDS, maar niet bij ECM, wat doet vermoeden dat veranderingen in ADAMTS13 tijdens een malaria infectie kunnen verschillen afhankelijk van de parasiet. 

Om te onderzoeken of de verhoogde VWF levels ook direct de pathogenese van MA-ARDS beïnvloeden, werden zowel VWF-deficiënte (Vwf-/-) muizen als wild type (Vwf+/+) dieren  geïnfecteerd met de PbNK65 parasiet (hoofdstuk 3). Pathologische parameters, zoals trombocytopenie, parasitemie, longoedeem en sterftecijfer werden geëvalueerd. In klinische studies werd vaak gesuggereerd dat VWF kan bijdragen tot de vaak voorkomende trombocytopenie in malaria. Onze data tonen echter aan dat malaria-geassocieerde trombocytopenie plaatsvindt via een VWF-onafhankelijk mechanisme. Bovendien hebben we ook aangetoond dat VWF significant bijdraagt tot alveolaire permeabiliteit, mogelijks door zijn pro-inflammatoire rol. Hoewel de Vwf-/- muizen hierdoor minder longoedeem ontwikkelden, was hun overleving toch korter dan in de Vwf+/+ dieren. Deze snelle mortaliteit kan mogelijks verklaard worden door een significante verhoging van het aantal parasieten, samen met de ernstige malaria in de PbNK65 geïnfecteerde Vwf-/- muizen. Tenslotte konden we ook aantonen dat afwezigheid van VWF geassocieerd is met vroege reticulocytose na PbNK65 infectie, wat mogelijks de verhoogde parasiet accumulatie in de Vwf-/- muizen kan verklaren.

Naast het effect van VWF in de pathogenese van experimentele MA-ARDS, werd ook de rol van VWF in de pathogenese van ECM bestudeerd (hoofdstuk 4). Na infectie van zowel Vwf-/- en Vwf+/+ muizen met PbANKA, werden verschillende pathologische parameters vergeleken. In deze studie observeerden we geen grote verschillen in parasitemie tussen Vwf-/- en Vwf+/+ muizen. Na de PbANKA infectie werd een verhoogd aantal reticulocyten gezien in de Vwf-/- muizen, wat overeenkomt met de observaties in experimentele MA-ARDS. Ondanks de pro-trombotische en pro-inflammatoire rol van VWF, bleek uit onze studies dat afwezigheid van VWF geen invloed heeft op trombocytopenie, infiltratie van leukocyten in de hersenen of op de intravasculaire accumulatie van  bloedplaatjes in de hersenen. In overeenstemming met deze observaties ontwikkelden de Vwf-/- muizen ook ECM kenmerken en bereikten ze een humaan eindpunt gelijkaardig aan dat van de Vwf+/+ controles. Alles samen lijkt het erop dat de verhoogde VWF levels in ECM een gevolg zijn van de malaria infectie eerder dan dat VWF een actieve rol speelt bij de ontwikkeling van de ziekte. Desondanks moet in acht genomen worden dat de verhoogde VWF levels een risico kunnen vormen voor trombose in malaria patiënten.

Tot slot werd ook de mogelijke rol van ADAMTS13 in experimentele MA-ARDS en ECM onderzocht (hoofdstuk 5). Er werden geen significante verschillen geobserveerd tussen ADAMTS13 knockout (Adamts13-/-) en wild-type (Adamts13+/+) muizen in de ontwikkeling van parasitemie, de alveolaire permeabiliteit en de overleving na PbNK65 infectie. Ook PbANKA geïnfecteerde Adamts13-/- muizen ontwikkelden gelijkaardige parasitemie levels, ECM progressie en sterftecijfers als deze geobserveerd in Adamts13+/+ muizen. Gebaseerd op onze experimenten zien wij geen belangrijke rol voor ADAMTS13 in de pathogenese van zowel ECM als MA-ARDS.

Als besluit kunnen we stellen dat de mogelijke rol van VWF en ADAMTS13 in de pathogenese van ernstige malaria onderzocht werd door gebruikt te maken van experimentele MA-ARDS en ECM. Onze data tonen aan dat een verhoogde VWF concentratie in plasma een consistent kenmerk is van malaria infectie. Trombocytopenie is een fenomeen dat plaatsvindt onafhankelijk van de aanwezigheid van VWF. Bovendien draagt VWF bij tot verhoogd longoedeem in experimenteel MA-ARDS, terwijl de verhoogde VWF levels geen grote rol hebben in de ECM pathogenese. Veranderingen van ADAMTS13 hebben geen direct effect op de pathogenese van zowel experimentele MA-ARDS als ECM. Deze studies dragen bij tot het beter begrijpen van de mogelijke rol van VWF in de ontwikkeling van malaria.

Datum:1 okt 2015  →  13 nov 2019
Trefwoorden:Malaria, von Willebrand Factor, ADAMTS13
Disciplines:Laboratoriumgeneeskunde, Palliatieve zorg en zorg rond het levenseinde, Regeneratieve geneeskunde, Andere basiswetenschappen, Andere gezondheidswetenschappen, Verpleegkunde, Andere paramedische wetenschappen, Andere translationele wetenschappen, Andere medische en gezondheidswetenschappen
Project type:PhD project