Megakaryocyte

Transcriptional Regulation of Platelet Formation

Megakaryocyte ontwikkeling en bloedplaatjes vorming worden gecontroleerd door de gecoördineerde werking van transcriptiefactoren die specifiek de genen van megakaryocyte voorlopers aanzetten of de expressie onderdrukken van genen die andere celtypes ondersteunen.22 Gen-targeting studies in muizen hebben verschillende genen geïdentificeerd die cruciaal zijn voor megakaryocyte ontwikkeling en bloedplaatjes vorming. De lijst van transcriptiefactoren die een essentiële rol spelen bij de maturatie van megakaryocyten en de biogenese van bloedplaatjes wordt aangevoerd door het basale leucine zipper heterodimeer NF-E2. NF-E2 is een eiwit dat bestaat uit een alomtegenwoordig tot expressie komende 18-20-kDa kleine Maf-subeenheid en een p45-subeenheid die beperkt is tot erythroïde en megakaryocytaire lineages. Hoewel werd aangenomen dat NF-E2 een transcriptiefactor is die specifiek de expressie aanstuurt van genen die essentieel zijn voor erytropoëse, vertonen muizen die p45 NF-E2 missen geen defecten in erytropoëse. In plaats daarvan sterven muizen met een tekort aan de p45 subeenheid of twee van de kleine-Maf subeenheden aan bloedingen kort na de geboorte door een volledig gebrek aan circulerende bloedplaatjes. Hoewel megakaryocyten normale endomitose ondergaan en prolifereren als reactie op TPO, produceren muizen deficiënt in p45 NF-E2 verhoogde aantallen megakaryocyten die groter zijn dan normaal, minder granules bevatten, een sterk gedesorganiseerd DMS vertonen, en er niet in slagen proplaatjes te genereren in vitro, een fenotype dat wijst op een late blokkade in de maturatie van megakaryocyten. Daarom lijkt NF-E2 de transcriptie te controleren van een beperkt aantal genen die betrokken zijn bij de cytoplasmatische maturatie en de vorming van bloedplaatjes. Shivdasani en collega’s hebben een afgetrokken cDNA bibliotheek gegenereerd die verrijkt is met transcripten die gedownreguleerd worden in NF-E2 knockout megakaryocyten. Met behulp van deze aanpak zijn deze onderzoekers begonnen met het identificeren van de downstream targets van NF-E2 en met het analyseren van hun rol in de eindstadia van de megakaryocytdifferentiatie. Mogelijke transcriptionele doelwitten van NF-E2 zijn onder meer β1 tubuline, thromboxaan synthase, en eiwitten die de “inside-out” signalisatie regelen via αIIbβ3 integrine. Het zinkvingereiwit GATA1 is ook een transcriptiefactor die een cruciale rol speelt in het aansturen van de expressie van genen die essentieel zijn voor de maturatie van megakaryocyten. Maar in tegenstelling tot NF-E2, dat de latere fase van de ontwikkeling van megakaryocyten lijkt aan te sturen, functioneert GATA1 in meerdere stadia van de ontwikkeling. Aanvankelijk werd gedacht dat GATA-eiwitten de rijping van rode bloedcellen regelen omdat genetische verstoring van het GATA1-gen bij muizen leidt tot embryonale sterfte ten gevolge van een blokkering van de erytropoëse. Verschillende meer recente waarnemingen impliceren echter ook GATA1 als een regulator van de megakaryocyt differentiatie. Ten eerste induceert geforceerde expressie van GATA1 in de vroege myeloïde cellijn 416b de differentiatie van megakaryocyten. Ten tweede gebruikten Shivdasani en collega’s gerichte mutagenese van regulatorische elementen binnen de GATA1 locus om muizen te genereren met een selectief verlies van GATA1 in de megakaryocyte lineage. Deze knockdown muizen vertoonden voldoende GATA1 niveaus in erytroïde cellen om de embryonale letaliteit veroorzaakt door anemie te omzeilen. GATA1 deficiëntie in megakaryocyten leidt tot ernstige trombocytopenie. Het aantal bloedplaatjes is gedaald tot ongeveer 15% van normaal, en de kleine aantallen circulerende bloedplaatjes zijn rond en groter dan normaal. Deze muizen hebben grotere aantallen kleine megakaryocyten die een versnelde proliferatie vertonen. Het kleine cytoplasmatische volume van GATA1-deficiënte megakaryocyten bevat typisch een overmaat aan ruw endoplasmatisch reticulum, zeer weinig bloedplaatjesspecifieke granules, en een onderontwikkeld of ongeorganiseerd DMS, wat suggereert dat de maturatie van megakaryocyten wordt gearresteerd in GATA1-deficiënte megakaryocyten.

Een familie met X-gebonden dyserythropoiëtische anemie en trombocytopenie als gevolg van een mutatie in GATA1 is beschreven. Een substitutie van één enkele nucleotide in de N-terminale zinkvinger van GATA1 remt de interactie van GATA1 met zijn essentiële cofactor, friend of GATA1 (FOG). Hoewel megakaryocyten in aangetaste familieleden overvloedig aanwezig zijn, zijn ze ongewoon klein en vertonen ze verschillende abnormale kenmerken, waaronder een overvloed aan glad endoplasmatisch reticulum, een onderontwikkeld DMS en een gebrek aan granules. Deze observaties suggereren een essentiële rol voor de FOG1-GATA1 interactie in trombopoëse. Genetische eliminatie van FOG in muizen resulteerde onverwacht in specifieke ablatie van de megakaryocytenlijn, wat wijst op een GATA1-onafhankelijke rol voor FOG in de vroege stadia van de ontwikkeling van megakaryocyten; daarom zijn GATA1 en FOG vereist voor de generatie van megakaryocyten uit een gemeenschappelijke bipotentiele progenitor.

Verschillende knock-out muizen wijzen ook op een rol voor bijkomende transcriptiefactoren in de ontwikkeling van megakaryocyten. Muizen met een null-mutatie in Fli-1, een lid van de ETS-familie van gevleugelde helix-turn-helix transcriptiefactoren die purinerijke sequenties in genpromotors binden, vertonen defecten in de ontwikkeling van megakaryocyten. Megakaryocyten gekweekt uit muizen zonder Fli-1 bevatten een verminderd aantal α-granules, desorganisatie van de demarcatiemembranen, en een vermindering in grootte. Muizen die het hematopoietische zinkvingereiwit (Hzf) missen, een transcriptiefactor die voornamelijk tot expressie komt in megakaryocyten, hebben verminderde aantallen α-granules in megakaryocyten en bloedplaatjes. Daarom kan Hzf de transcriptie reguleren van genen die betrokken zijn bij de synthese van α-granule componenten en/of hun verpakking in α-granules. SCL, een basische helix-lus-helix transcriptiefactor die oorspronkelijk geïdentificeerd werd in een subset van humane T-cel leukemie met multilineage kenmerken, blijkt ook kritisch te zijn voor megakaryopoiese. Resultaten van deletie van SCL in muizen geven aan dat deze transcriptiefactor nodig is voor een goede ontwikkeling van erythroïden en megakaryocyten.