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© 2004
Schattauer GmbH
Molekularbiologie der Gerinnung:
Fibrinogen, Faktor XIII
M. Meyer
Fachhochschule Jena, Fachbereich Medizintechnik
Schlüsselwörter
Keywords
Fibrinogen, Faktor XIII, Molekulargenetik
Fibrinogen, factor XIII, molecular genetics
Zusammenfassung
Summary
Genetische Defekte des Fibrinogens werden durch ein
breites Spektrum an Mutationen in einem der drei beteiligten Strukturgene (FGA, FGB, FGG) verursacht. Sie
führen zu einem kompletten oder partiellen Fibrinogenmangel im Plasma (A- bzw. Hypofibrinogenämie) oder
zu strukturellen Veränderungen, die das Protein funktionell beeinträchtigen (Dysfibrinogenämien). Während
bei den autosomal rezessiv vererbten Afibrinogenämien
Nonsense-, Frameshift- und Splice-site-Mutationen im
Vordergrund stehen, die zu deutlich verkürzten Polypeptidketten (vor allem Aα) führen, werden die meist
heterozygoten Dys- und Hypofibrinogenämien überwiegend durch Missense-Mutationen verursacht, die den
Austausch einzelner Aminosäureren zur Folge haben.
Bei den quantitativen Fibrinogendefekten wird eine unterschiedlich stark erhöhte Blutungsbereitschaft beobachtet. Die Dysfibrinogenämien treten klinisch sowohl als
Blutungs- wie auch als Thromboseneigung in Erscheinung. Einige Defekte sind mit einer Kombination von
Blutungs- und thromboembolischen Symptomen assoziiert. Etwa die Hälfte der Fälle von Dysfibrinogenämie
sind klinisch asymptomatisch.
Der plasmatische Faktor XIII (FXIII) stellt ein Heterotetramer aus je zwei A- und B-Untereinheiten dar, die
von unterschiedlichen Genen kodiert werden. Die häufigste Form des mit Blutungen, Wundheilungsstörungen
und einer Neigung zu Spontanaborten einhergehenden
genetisch bedingten FXIII-Mangels geht auf Defekte der
A-Untereinheit zurück, die wiederum durch ein sehr
breites Spektrum von Mutationen verursacht werden.
Defekte der B-Untereinheit sind sehr selten und bisher
nur in wenigen Fällen molekular aufgeklärt.
Genetic defects of fibrinogen are caused by a broad
spectrum of mutations in one of the three structural
genes FGA, FGB and FGG. They result in complete or
partial lack of plasma fibrinogen (a- or hypofibrinogenaemia) or in structural abnormalities affecting protein
function (dysfibrinogenaemia). In contrast to afibrinogenaemia mainly caused by nonsense, frameshift, and
splice site mutations resulting in substantially truncated
polypeptide chains (mainly Aα), in hypo- and dysfibrinogenaemias missense mutations lead to the exchange
of single amino acids as dominating underlying defect.
In the cases with quantitative disorders, bleeding with
various degrees of severity is generally observed.
Dysfibrinogenaemia is associated with both bleeding
or thrombosis or even a combination of haemorrhagic
and thromboembolic symptoms. About one half of the
dysfibrinogenaemic cases is clinically asymptomatic.
The plasmatic factor XIII (FXIII) is a heterotetramer
composed of two A and two B subunits encoded by two
different genes. FXIII deficiency is associated with
bleeding, wound dehiscence and recurrent spontaneous
abortions. The most frequent form is caused by defects
in the A subunit with a broad spectrum of underlying
mutations. Defects of the B subunit are very rare and
were molecularly elucidated in only a few cases.
D
der Gerinnungskaskade und stellen das
Substrat für die Gerinnselbildung bzw. eine
Enzymaktivität für die Stabilisierung dieses
Gerinnsels zur Verfügung. Diese Faktoren
bzw. ihre genetischen Variationen beeinflussen nicht nur Ausmaß und Geschwindigkeit der Gerinnung, sondern auch die
molekulare Architektur der Gerinnsel und
as Resultat der Blutgerinnung ist
ein unlösliches Fibringerinnsel, das
zusammen mit den eingeschlossenen Blutzellen und der Gefäßwand für
die Abdichtung von Gefäßläsionen oder –
in pathologischen Fällen – für Gefäßverschlüsse verantwortlich ist. Fibrinogen und
Faktor XIII (FXIII) stehen dabei am Ende
Hämostaseologie 2/2004
Molecular biology of haemostasis:
fibrinogen, factor XIII
Hämostaseologie 2004; 24: 108 –15
damit Prozesse, deren Ablauf von dieser
Matrix beeinflusst werden, z.B. die Wundheilung.
Fibrinogen
Struktur und Funktion
Fibrinogen als Gerinnungsfaktor I führt
nicht nur die Nomenklatur der Faktoren
an, sondern stellt das wesentliche Substrat
der Gerinnung dar. Es wird im Ergebnis
des Zusammenwirkens aller anderen Faktoren zu einem unlöslichen Gerinnsel und
damit zu einem dominierenden Strukturelement des hämostatischen Pfropfes. Obwohl die meisten biologischen und medizinischen Aspekte des Fibrinogens mit seiner
Rolle in der Gerinnung zusammenhängen,
handelt es sich um ein Protein mit vielen
funktionellen Facetten: So vermittelt es
die Plättchenaggregation wie auch andere
Zell-zu-Zell-Interaktionen. Als Bestandteil
der extrazellulären Matrix ist es an normaler und gestörter Zellproliferation im
Zusammenhang mit z.B. Wundheilung,
Angiogenese, Tumorentstehung, Metastasierung beteiligt (23).
Das Fibrinogen ist ein Glykoprotein
(molekulare Masse 340000 Dalton). Es
wird in der Leber synthetisiert und zirkuliert mit einem Plasmakonzentration von
2-4 g/l. Im Zuge einer Akut-Phase-Reaktion kann dieser Wert auf ein Mehrfaches
steigen. Fibrinogen besteht aus drei paarweise angeordneten Polypeptidketten (Aα,
Bβ, γ), die durch Disulfidbrücken zusammengehalten werden. Die einzelnen Ketten
bestehen aus 610, 461 und 411 Aminosäureresten (23, 44).
Das Fibrinogenmolekül besitzt eine ausgeprägte Domänen-Struktur aus drei, unter
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Molekularbiologie: Fibrinogen, FXIII
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im 4. Schritt durch den später diskutierten Gerinnungsfaktor XIIIa zwischen
den γ- bzw. den α-Ketten des Fibrins geknüpft werden (23).
Molekulargenetik
erblicher Fibrinogendefekte
Abb. 1 Strukturmodell des Fibrinogenmoleküls mit Angabe der bei Dysfibrinogenämie häufig betroffenen Bereiche
Berücksichtigung der αC-Domäne sogar
aus fünf globulären Anteilen, der zentralen
E- und den beiden äußeren D-Domänen,
die jeweils durch stabartige Bereiche, so
genannte Coiled-coil-Strukturen, miteinander verbunden sind. Die E-Domäne wird
von den aminoterminalen Bereichen aller
sechs Polypeptidketten gebildet, während
die beiden D-Domänen vor allem aus den
C-Termini der Bβ- und γ-Ketten bestehen.
Der carboxyterminale Bereich der AαKette ist relativ beweglich, verlässt die
D-Domäne und bindet mit einem endständigen kleinen globulären Bereich (αCDomäne) wieder über der E-Domäne (12,
23, 44). Das Modell des Fibrinogenmoleküls ist in Abbildung 1 dargestellt. Die
Gerinnselbildung wird eingeleitet durch die
● Thrombin-katalysierte Abspaltung der
Fibrinopeptide A (FPA), die aus den
16 aminoterminalen Aminosäuren der
Aα-Ketten bestehen. Es entstehen die
Fibrinmonomere.
● Im zweiten Schritt treten Fibrinmonomere zu Protofibrillen zusammen. Da-
●
bei binden die durch die Abspaltung der
FPA freigelegten A-Polymerisationsorte
im Bereich der E-Domäne an den auf
der D-Domäne lokalisierten (von der
γ-Kette gebildeten) a-Polymerisationsorten, so dass doppelsträngige Protofibrillen entstehen. Die ebenfalls durch
Thrombin katalysierte, gegenüber der
FPA-Freisetzung etwas verzögerte Abspaltung der Fibrinopeptide B (FPB)
spielt bei der Bildung der Protofibrillen offensichtlich eine untergeordnete
Rolle.
Im dritten Schritt treten nun Protofibrillen zu mehr oder weniger dicken Fibrinfasern in einem Prozess zusammen, der
als Lateralassoziation bezeichnet wird.
Dabei kommt es auch zu Verzweigungen, so dass schließlich ein dreidimensionales Netzwerk entsteht.
Alle diese Interaktionen sind nicht kovalent (12, 23, 34, 44). Um das entstandene
Gerinnsel zu stabilisieren, sind kovalente
Bindungen notwendig, die
Tab. 1 Genetisch bedingten Fibrinogendefekte: labordiagnostische Befunde
Für die drei Untereinheiten des Proteins
kodieren die Gene FGG, FGA und FGB,
die in dieser Reihenfolge benachbart auf
dem langen Arm des Chromosoms 4 liegen.
Dieses Gen-Cluster umfasst ca. 45 Kilobasen. Die kodierenden Sequenzen sind für das
Gen FGA in 5 Exons, für FGB in 7 Exons
und für FGG in 9 Exons organisiert (10, 25).
Mutationen in diesen Genen können
quantitative und/oder qualitative Defekte
des Fibrinogens bewirken. Bei der Afibrinogenämie ist im Plasma Fibrinogen nicht
oder nur in sehr geringen Spuren nachweisbar, während bei der Hypofibrinogenämie
die Plasmaspiegel unabhängig von der eingesetzten Bestimmungsmethode deutlich
unter dem Referenzbereich (<1,5 g/l) liegen. Im Gegensatz zu diesem rein quantitativen Mangel handelt es sich bei den Dysfibrinogenämien um strukturelle Defekte
des Fibrinogenmoleküls, häufig erkennbar
durch die Diskrepanz zwischen erniedrigter Fibrinogenkonzentration, die mit funktionellen Methoden bestimmt wurden (z.B.
Clauss-Methode) und (sub)normalen Antigenwerten.
Gelegentlich werden auch kombinierte
Defekte gefunden, bei denen relativ niedrige Plasmakonzentrationen mit strukturellen Änderungen des Fibrinogens einhergehen. Solche Konstellationen werden als
Hypodysfibrinogenämien bezeichnet (4,
32, 38). Tabelle 1 gibt einen Überblick über
die wichtigsten labordiagnostischen Befundkonstellationen bei den erblichen Fibrinogendefekten.
Die ersten molekularen Defekte im Fibrinogen wurden vor mehr als 20 Jahren
durch exzellente aber damals aufwändige
proteinanalytische Arbeiten aufgeklärt (6,
22). Mit der Einführung DNA-diagnostischer Methoden ist die Aufklärungsrate
von Mutationen in den Fibrinogengenen
sprunghaft gestiegen. Die allgemeine Diagnosestrategie im Labor:
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Hämostaseologie 2/2004
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Meyer
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Amplifikation aller kodierenden (Exon-)
Bereiche sowie der Exon/Intron-Übergänge der drei Gene durch Polymerasekettenreaktion (PCR),
direkte Sequenzierung dieser PCR-Produkte.
Tab. 2
Molekulare Defekte bei
Afibrinogenämie
Inzwischen wird von einer französischen
Arbeitsgruppe eine im Internet zugängliche Datenbank aller Mutationen in den
Fibrinogengenen in regelmäßigen Abständen aktualisiert (18).
Afibrinogenämie
Die Häufigkeit dieser seltenen, autosomal
rezessiv vererbten Krankheit wird auf etwa
1 : 1 Million geschätzt. Typisch ist eine Blutungsneigung unterschiedlichen Schweregrades, die sich häufig nach der Geburt
durch Nabelschnurblutungen manifestiert
(4). Im Jahre 1999 wurde der erste Fall von
Afibrinogenämie molekulargenetisch aufgeklärt (35). Seitdem wurden Mutationen
bei etwa 50 Patientenfamilien gefunden.
Die Defekte können in allen drei Fibrinogengenen auftreten, allerdings ist das
FGA-Gen überproportional häufig betroffen (18, 36).
Genetische Defekte, die zu einem kompletten Mangel an Fibrinogen im Plasma
führen, sind sehr heterogen (Tab. 2). Dennoch wurde bisher nur eine große Deletion
im FGA-Gen beschrieben, die bei mehreren Familien vorkommt (36). Der häufigste
Mutationstyp sind Nonsense-Mutationen,
die zu einem vorzeitigen Abbruch der Polypeptidbiosynthese wegen der Entstehung
eines Stop-Codons führen. Insgesamt 10
verschiedene Mutationen in allen drei Genen sind diesem Typ zuzurechnen. Hinzu
kommen drei Rasterschub-Mutationen, die
ebenfalls zu vorzeitigem Kettenabbruch
führen. Eine weitere, relativ häufige molekulare Ursache für Afibrinogenämien sind
so genannte Splice-site-Mutationen. Sie
verhindern das korrekte Herausschneiden
der Introns beim Prozessieren der mRNA.
Sechs verschiedene Defekte dieser Art
wurden bei 18 Familien entdeckt (18, 36).
In all diesen Fällen führt der Defekt zu
mehr oder weniger umfangreichen Veränderungen, meist Verkürzungen einer der
drei Polypeptidketten, wodurch offensichtHämostaseologie 2/2004
lich der Zusammenbau intakter Fibrinogenmoleküle und deren Sekretion ins Plasma verhindert wird.
Schwieriger ist der Zusammenhang
zwischen molekularem Defekt und dem
Fehlen des zirkulierenden Proteins in den
Patienten zu erklären, bei denen lediglich
ein Aminosäureaustausch vorliegt. Solche
Missense-Mutationen sind immerhin in
fünf Fällen nachgewiesen, die alle die BβKette betreffen. Zumindest in einigen Fällen konnte gezeigt werden, dass in den
Leberzellen Fibrinogenmoleküle gebildet
wurden, die aber aufgrund der mutativ veränderten Raumstruktur nicht sezerniert
werden konnten (32, 36).
Hypofibrinogenämie
Bei der seltenen hereditären Hypofibrinogenämie ist zwar der PlasmafibrinogenSpiegel, gemessen mit Antigen-spezifischen
Tests, deutlich erniedrigt (< 1,5 g/l), aber
messbar. Dieser Defekt wird in der Regel
autosomal dominant vererbt und geht mit
einer milden bis mäßigen Blutungsneigung
einher. In einer Reihe von Fällen zeigen die
Träger keine klinische Symptomatik, wie
dies auch zu erwarten ist, da ein Fibrinogenspiegel von ca. 1 g/l für eine normale
Hämostase als ausreichend angesehen wird
(7-9). Die genauere Untersuchung zeigt,
dass in einem Teil der Fälle keine ganz klare Abgrenzung einerseits von der Afibrinogenämie, andererseits von der Dysfibrinogenämie möglich ist. So führen einige heterozygote Missense-Mutationen in der
γ- bzw. Bβ-Kette zu einem deutlich verminderten Plasmafibrinogenspiegel. Die abnormen Polypeptid-Ketten sind jedoch im
Plasma nicht nachweisbar. Es konnte ge-
zeigt oder zumindest wahrscheinlich gemacht werden, dass die molekularen Defekte den Zusammenbau oder aber die
Sekretion der Fibrinogenmoleküle verhindern (16,17). Solche Defekte würden im
homozygoten Zustand vermutlich als
Afibrinogenämie klassifiziert werden, wie
auch heterozygote Träger einiger bereits
oben als molekulare Defekte bei der Afibrinogenämie erwähnten Missense-Mutationen deutlich erniedrigte PlasmafibrinogenSpiegel zeigen (15).
In den Fällen, in denen neben dem erniedrigten Plasmaspiegel auch strukturell
veränderte Fibrinogen-Moleküle zirkulieren, spricht man von Hypodysfibrinogenämien. Die Abgrenzung von den typischen
Dysfibrinogenämien ist unscharf. Ein Fall
in dieser Kategorie ist die Fibrinogen-Variante Marburg I. Eine Nonsense-Mutation
führt zu einem vorzeitigen Abbruch der
Synthese der Aα-Ketten nach 460 von 610
Aminosäuren des normalen Proteins. Bei
homozygoten Trägern dieser Mutation ist
ein deutlich erniedrigter PlasmafibrinogenSpiegel festzustellen, während bei heterozygoten Patienten der Fibrinogen-Wert im
unteren Normbereich liegt (18).
Mutationen im Promoterbereich sind
mit quantitativen Veränderungen der Proteinsynthese verbunden. Erstaunlicherweise ist ein solcher Defekt bisher in nur einem einzigen Fall von Hypofibrinogenämie
berichtet worden (19).
Insgesamt sind Hypofibrinogenämien
bisher in ca. 18 Fällen molekular aufgeklärt
worden (Tab. 3). In unserem Labor wurden
Mutationen bei Patienten mit deutlich vermindertem Plasmafibrinogen-Spiegel aus
vier Familien identifiziert: In einm Fall
handelt es sich um eine Patientin, die ho-
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Molekularbiologie: Fibrinogen, FXIII
Tab. 3
Mutationen in Fibrinogengenen bei Hypo(dys)fibrinogenämien
mozygot für die gleiche Nonsense-Mutation wie bei der oben erwähnten Variante
MARBURG I ist, also ein Defekt, der zu
deutlich verkürzten Aα-Ketten führt. In
den drei übrigen Familien handelt es sich
um bisher nicht beschriebene MissenseMutationen, die zu spezifischen Aminosäureaustauschen in der Bß-Kette (1 Fall) bzw.
in der γ-Kette (2 Fälle) führen (unveröffentlichte Ergebnisse).
Dysfibrinogenämie
Bei Dysfibrinogenämie zirkulieren abnorme Moleküle, doch die Plasmakonzentration des Fibrinogens liegt im Referenzbereich bzw. leicht darunter. Dementsprechend besteht die labordiagnostische
Konstellation in einer Diskrepanz zwischen
erniedrigter Fibrinogenkonzentration im
funktionellen Test (Clauss) und einem Wert
im Referenzbereich mit einem Test, der das
Antigen misst (immunologisch, Hitzefibrin). Auch die Thrombin- bzw. Reptilasezeiten sind fast immer verlängert. Diese
Befundkonstellation ist aber durchaus
nicht in allen Fällen vorhanden, wie eigene
Erfahrungen für das Fibrinogens Hannover
II (Aα 554 Arg→Cys) zeigen (33). Hier
wurden wiederholt normale Thrombinzeiten gemessen. Neben den genetisch bedingten Dysfibrinogenämien kommen erworbene Defekte vor, die auf Leberfunktionsstörungen zurückgehen (23).
Die erbliche Dysfibrinogenämie gilt als
seltenes, autosomal dominantes Krankheitsbild, von dem bisher in der Literatur
ca. 400 Fälle publiziert wurden (4, 16, 18, 32,
38). Allerdings ist die tatsächliche Inzidenz
deutlich höher anzusetzen, da eine sichere
Diagnostik nach wie vor schwierig ist. Dies
beruht vor allem auf dem sehr heterogenen
klinischen Bild. Die Symptomatik reicht
von einer milden bis mäßigen Blutungsneigung bis zu einer mehr oder weniger
schweren Thrombophilie. Daneben können
auch andere Symptome (z.B. Neigung zu
Spontanaborten, Wundheilungsstörungen)
im Vordergrund stehen. In einer erheblichen Zahl von Fällen bleibt die Dysfibrino-
Tab. 4 Dysfibrinogenämie: auf molekularer Ebene geklärte Fälle (internationale Datenbank und Ergebnisse des Jenaer
Labors)
genämie klinisch asymptomatisch und wird
nur im Zusammenhang mit präoperativen
oder anderen diagnostischen Routinemaßnahmen erfasst (4, 11, 32, 38).
Die Aufklärungsrate der molekularen
Ursachen bei Dysfibrinogenämien ist in
den vergangenen Jahren dank der DNADiagnostik stark gestiegen. Insgesamt wurden Defekte bei ca. 200 Dysfibrinogenämie-Familien aufgeklärt (Tab. 4). Dabei
wurden 73 verschiedene Mutationen gefunden, die sich auf alle drei Fibrinogengene
verteilen (18):
● FGA: 28 Mutationen,
● FGB: 11 Mutationen und
● FGG: 34 Mutationen.
Allein in unserem Labor konnten molekulare Defekte in 40 Dysfibrinogenämie-Familien aufgeklärt und dabei 17 neue Mutationen beschrieben werden (Tab. 4)
Es dominieren eindeutig Basenaustausch-Mutationen, die einen Aminosäureaustausch zur Folge haben. Daneben kommen lediglich 12 Mutationen eines anderen
Typs vor (5 Frameshift-, 3 Nonsense-Mutationen, 2 Deletionen, eine Insertion und
2 Kettenverlängerungen). In der überwiegenden Zahl der Fälle wurden diese
Defekte nur bei einer einzigen Familie
gefunden. Einige Mutationen wurden jedoch auch wiederholt bei verschiedenen
Populationen beobachtet. Am häufigsten
sind zwei Missense-Mutationen im FGAGen direkt an der Thrombinspaltstelle,
die einen Austausch der Aminosäure 16
Arg (gegen Cys bzw. His) zur Folge haben.
Diese beiden Defekte machen zusammen
ca. ein Drittel aller Dysfibrinogenämie-Fälle aus (18). Überhaupt sind die bisher
aufgeklärten Defekte vorzugsweise in
zwei Regionen des Fibrinogenmoleküls lokalisiert: im Fibrinopeptid A und in der
γD-Domäne. Eine Übersicht bietet Abbildung 1.
Die Defekte im Fibrinopeptid A beeinträchtigen die Freisetzung des Fibrinopeptids A und damit die Bildung der Fibrinmonomere in unterschiedlichem Ausmaß
(Abb. 2). Das geht aus Polymerisationsuntersuchungen hervor. Die Träger solcher
Defekte sind klinisch asymptomatisch oder
sie zeigen eine milde bis mäßige Blutungsneigung (ca. ein Drittel der Fälle).
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Die bei Dysfibrinogenämien ebenfalls
überproportional häufig betroffene γDDomäne ist an einer Reihe wichtiger Funktionen unmittelbar beteiligt: D-D-Wechselwirkung und a-Polymerisationsort bei der
Fibrinmonomer-Aggregation, Ca2+-Bindung
sowie γ-Crosslinking durch Faktor XIIIa
(12, 23, 34, 44). Ein Beispiel solcher molekularer Defekte betrifft die Aminosäureposition γ275 Arg, die in ca. 25 Fibrinogenfamilien gegen Cys oder His, in einem Fall
gegen Ser ausgetauscht ist (18). Da in diesen Fällen die Interaktion der D-Domänen
von Fibrinmonomeren bei der Bildung der
Protofibrillen gestört ist, kommt es zu einem deutlichen Fibrin-Polymerisationsdefekt. Interessanterweise werden bei diesen
Defekten kaum Blutungen, wohl aber eine
Thromboseneigung bei einigen Patienten
beobachtet.
Diese wenigen Beispiele zeigen, dass
Strukturveränderungen im Fibrinogenmolekül die Funktion bei der Gerinnselbildung auf verschiedenen Stufen spezifisch
beeinträchtigen können: bei der
● Freisetzung der Fibrinopeptide,
● Aggregation der Monomere,
● Lateralassoziation der Protofibrillen
● Stabilisierung des Gerinnsels durch Vernetzung der γ- bzw. α-Ketten.
Sie werden in der Regel durch auffällige
Gerinnungsbefunde entdeckt. Wie bereits
ausgeführt, bleiben etwa 60% der Defekte
klinisch asymptomatisch. Unter Berücksichtigung der Heterozygotie der Patienten
(sie verfügen über ca. 50% normale Fibrinogenmoleküle) überrascht dies nicht. Unter den klinisch auffälligen Dysfibrinogenämien dominieren Blutungsneigungen. Von
besonderer Bedeutung sind jedoch die
Fälle, die mit einer Thromboseneigung einhergehen. Es handelt sich dabei um etwa
15% der Patienten. Hier ist es nur in wenigen Fällen gelungen, eine klare Korrelation
zwischen molekularem Defekt und klinischen Bild herzustellen (Tab. 5).
In einer Reihe von Fällen ist die Thrombinbindung an das Fibringerinnsel vermindert, so dass eine höhere Thrombinmenge
in der Zirkulation verbleibt. In anderen
Fällen weist das Gerinnsel eine erhöhte Fibrinolyseresistenz auf (21). Ein Beispiel
dafür ist das schon erwähnte Fibrinogen
Hämostaseologie 2/2004
Abb. 2 Fibrinpolymerisation bei verschiedenen Dysfibrinogenämien mit Aminosäureaustauschen im Fibrinopeptid A
Hannover II, das den gleichen molekularen
Defekt wie vier andere Dysfibrinogene
aufweist: Aα 554 Arg→Cys (33). In allen
betroffenen Familien ist die Dysfibrinogenämie mit einer Thrombophilie assoziiert (18, 29). Die Gerinnselstruktur ist
verändert und besteht aus einem dichten,
engmaschigen Netz von relativ dünnen
Fibrinfasern (Abb. 3). Die tPA-induzierte
Fibrinolyse ist deutlich verzögert (43).
Eine interessante offene Frage ist die
Bedeutung von Dysfibrinogenämien, bei
denen die Gerinnung normal verläuft, aber
andere Molekülfunktionen (z.B. bei der
Wundheilung, der Zell-zu-Zell-Interaktion) betroffen sind. Eine in diesem Zusammenhang erwähnenswerte Gruppe von
Fibrinogendefekten weist eine Veränderung – meist einen Aminosäureaustausch
im carboxyterminalen Bereich der Aα-Ket-
Tab. 5 Dysfibrinogenämien mit Thrombophilie: funktionelle Zusammenhänge
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Molekularbiologie: Fibrinogen, FXIII
Abb. 3 Gerinnselultrastruktur (rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen)
a) normales Gerinnsel; b) bei der Dysfibrinogenämie Hannover II
te (αC-Domäne) – auf. Hier steht nicht eine
Gerinnungsstörung im Vordergrund, sondern die Einlagerung von Proteinaggregaten in der Niere und Milz (Amyloidose),
so dass die Nierenfunktionsstörung das klinische Bild dominiert (3, 5).
Genetische Polymorphismen
der Fibrinogengene
In den Fibrinogengenen wurde eine beträchtliche Zahl von DNA-Polymorphismen identifiziert (20): im kodierenden
Bereich, in den Introns, im Promotor und
anderen nichttranslatierten Sequenzen.
Das Interesse an solchen Polymorphismen resultiert vor allem aus dem Zusammenhang zwischen erhöhter Plasmafibrinogenkonzentration und dem Risiko für
koronare Herzkrankheit (17, 20). Da die
Höhe der Fibrinogenkonzentration zumin-
dest teilweise genetisch determiniert ist,
wurde nach DNA-Polymorphismen gesucht, die mit diesem Risikofaktor assoziiert sind. Tatsächlich steht insbesondere ein
Polymorphismus im Promotor des FGBGens (-455 G/A) im Verdacht, die Syntheserate der Bß-Ketten und damit die Plasmafibrinogenkonzentration zu beeinflussen. Es wurde gezeigt, dass diese Position
im Promoter die Bindung von Transkriptionsfaktoren beeinflusst und damit ein
funktioneller Zusammenhang zwischen
dem Polymorphismus und der Proteinbiosyntheserate möglich erscheint (20).
Faktor XIII
Struktur und Funktion
Faktor XIII rückte 1960 ins Blickfeld der
Hämostaseologen, als die ersten Patienten
mit erblichem FXIII-Mangel beschrieben
wurden (13). FXIII ist eine Pro-Transglutaminase, die im Plasma als Tetramer aus je
zwei A- und B-Untereinheiten vorkommt.
Interessanterweise sind die Hauptbiosyntheseorte der beiden Komponenten unterschiedlich. Während die A-Untereinheit
vor allem in den Megakaryozyten des Knochenmarks gebildet wird, läuft die Biosynthese der B-Untereinheit in der Leber
ab. Tatsächlich kommt FXIII nicht nur im
Plasma sondern auch in einer Reihe von
Blutzellen (Thrombozyten, Monozyten)
und Geweben vor (Plazenta, Prostata, Uterus) vor, hier allerdings lediglich aus den
zwei A-Ketten bestehend (14).
Die Aktivierung von FXIII im Plasma
ist ein recht komplexer Vorgang (Abb. 4),
der die
● Thrombin-katalysierte Abspaltung eines
Aktivierungspeptids (37 Aminosäurereste) von der A-Kette,
● Ca2+-abhängige Dissoziation der A- und
B-Untereinheiten und
● die durch Konformationsänderung hervorgerufene Freilegung des katalytischen Zentrums (Aminosäurereste
Cys314, His373 und Asp396 der A-Kette) umfasst (31, 39).
In seiner aktiven Form (FXIIIa), katalysiert der Gerinnungsfaktor das Knüpfen
von (Iso)Peptidbindungen zwischen einem
Glutamin- und einem Lysinrest und damit
die kovalente Bindung zwischen den Fibrinmolekülen. Es kommt zu einer relativ
schnellen Bildung von γ-Dimeren und der
langsameren Bildung von α-Polymeren.
Damit wird das Fibringerinnsel stabilisiert
und vor dem fibrinolytischen Abbau durch
Plasmin geschützt (39).
Erblicher FXIII-Mangel
Abb. 4
Schema der FXIII-Aktivierung (A, B: Untereinheiten
A und B; AP: Aktivierungspeptid)
Über diese sehr seltene Krankheit wurde
seit der Erstbeschreibung 1960 (13) nur bei
einer begrenzten Zahl von Patienten berichtet. Die Prävalenz wird auf 1 : 3 Millionen bis 1 : 5 Millionen geschätzt. In den
meisten Fällen ist die A-Untereinheit betroffen. Ein isolierter Mangel der B-Ketten
wurde sehr selten gefunden. Als dritten
Typ unterscheidet man die kombinierte
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Verminderung beider Untereinheiten (24,
39).
Der FXIII-Mangel wird autosomal rezessiv vererbt. Die klinische Ausprägung
hängt sehr stark davon ab, ob der Defekt
homo- oder heterozygot vorliegt. In der
schweren homozygoten Form ist meist nur
eine Restaktivität von weniger als 1%
nachweisbar. Die Patienten leiden an einer
mäßigen bis schweren Blutungsneigung,
die typischerweise schon in den ersten Lebenstagen als Nabelschnurblutung auftritt.
Ansonsten kommt es meist zu rezidivierenden Blutungen bei äußerer Verletzung, bei
denen dann oft eine Wundheilungsstörung
sichtbar wird. Gefürchtet sind Hirnblutungen, die bei den homozygoten FXIII-Mangelpatienten auch die dominierende Todesursache darstellen. Ein weiterer Symptomkomplex betrifft die Neigung zu Spontanaborten.
Heterozygote Patienten sind nicht selten
klinisch asymptomatisch oder zeigen nur
eine milde bis mäßige Blutungsbereitschaft.
Klinisch gesehen gibt es viele Gemeinsamkeiten zwischen dem FXIII-Mangel und einer Gruppe der Dysfibrinogenämien. Dies
überrascht nicht, denn in beiden Fällen ist
Struktur des Fibringerinnsels betroffen (7).
Molekulargenetik
des hereditären FXIII-Mangels
Erwartungsgemäß kodieren für beide Untereinheiten verschieden lokalisierte Gene,
die für die A-Kette auf dem kurzen Arm
des Chromosoms 6, für die B-Kette auf
dem langen Arm des Chromosoms 1 liegen.
Das A-Kettengen umfasst ca. 160 Kilobasen mit 15 Exons, das für die B-Kette kodierende Gen 28 Kilobasen und 12 Exons
(14, 24).
Da in der weit überwiegenden Zahl
der Fälle von FXIII-Mangel die A-Kette
betroffen ist, machen die Mutationen im
Gen für die A-Untereinheit auch den
Mammutanteil der identifizierten molekularen Defekte aus (Tab. 6). Bisher wurden
annähernd 50 verschiedene Mutationen im
Gen der A-Kette gefunden, die über die
gesamte kodierende Sequenz verteilt sind.
Es gibt keine häufig wiederkehrenden Defekte, praktisch jede Patientenfamilie trägt
Hämostaseologie 2/2004
Tab. 6
Molekulare Defekte bei
Faktor-XIII-Mangel
ihre spezifische (private) Mutation (14, 24).
Der dominierende Typ sind Basenpaaraustausche, die eine einzige fehlerhafte
Aminosäure zur Folge haben (ca. 50% der
Fälle). Andere Basenpaarsubstitutionen
führen zu einem vorzeitigen Stop-Codon
und damit zu verkürzten Proteinketten (4
Fälle). Eine kleine Zahl von Austauschmutationen betrifft die Exon/Intron-Übergänge, die das korrekte Splicing der prä-mRNA beeinträchtigen und somit zu unvollständigen Proteinformen führen (7 Fälle).
Veränderungen des Leserasters sind selten
berichtet worden (4 Fälle), ebenso Deletionen (2 Fälle) (1, 7 24).
Ein genetischer Defekt, der die B-Untereinheit betrifft, ist sehr selten (Tab. 6).
Mutationen im zuständigen Gen wurden in
vier Fällen beschrieben (24, 30, 40).
Zusammenfassend kann festgestellt
werden, dass die molekulare Basis für den
FXIII-Mangel sehr heterogen ist, was sicher
auch einen erheblichen Teil der klinischen
Variabilität dieses Krankheitsbildes erklärt.
Val34Leu-Polymorphismus
der FXIII-A-Untereinheit
Neben den genetischen Defekten bei FXIIIMangel sind auch Polymorphismen ins
Blickfeld der Kliniker geraten, die die Funktion dieses Gerinnungsfaktors auf subtilere
Weise beeinflussen. Von besonderer Bedeu-
tung ist ein G/T-Dimorphismus im Exon 2
des Gens für die A-Untereinheit, der den
alternativen Einbau von Valin oder Leucin
in Position 34 des Proteins bewirkt. Das
Allel für Valin ist das häufigere, während die
Frequenz des Leu-Allels bei Europäern
(und anderen Kaukasiern) ca. 23% beträgt.
Das Interesse an diesem Polymorphismus
wurde 1998 durch eine Studie geweckt, die
zeigte, dass das Leu-Allel das Risiko für
koronare Herzkrankheit senkt (26, 27).
Inzwischen ist der protektive Effekt des
Leu-Allels bei arteriellen Verschlusskrankheiten durch zahlreiche Studien gesichert
und auch im venösen System scheint dieser
Polymorphismus eine (schwächere) Rolle
zu spielen (19). Allerdings erhöht das LeuAllel andererseits das Risiko für intrakranielle Blutungen (9). Die Erklärungsversuche für die Wirkung dieses Polymorphismus stützen sich auf den Befund, dass die
Aminosäureposition 34 die räumliche
Struktur des Aktivierungspeptids beeinflusst. Das Leu-Allel führt so zu einer
schnelleren Aktivierbarkeit des FXIII durch
Thrombin. Dies wiederum könnte eine vorzeitige Elimination des aktivierten Gerinnungsfaktors aus der Zirkulation zur Folge
haben, so dass die Stabilisierung des Gerinnsels beeinträchtigt ist (26, 52). Tatsächlich sind Veränderungen der Gerinnselstruktur und ein verminderter Thrombozyteneinbau ins Gerinnsel bei Trägern des
Leu-Allels berichtet worden (2).
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Molekularbiologie: Fibrinogen, FXIII
Damit ist der FXIII über den klassischen Mangel hinaus zu einem klinisch sehr
interessanten Protein geworden, das nicht
nur modulierend in die Gerinnung eingreift, sondern in der Pathogenese von Verschlusskrankheiten – vor allem im arteriellen System – wie auch von Blutungskomplikationen eine wichtige Rolle spielen kann.
FXIII vernetzt nicht nur Fibringerinnsel, er
modifiziert ganz generell extrazelluläre
Matrizes. Somit beeinflusst FXIII Wundheilungsprozesse, Nidation, evtl. Tumorwachstum, so dass das Interesse an der
Molekularbiologie des FXIII weit über die
Hämostaseologie hinaus reicht.
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Korrespondenzadresse:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Michael Meyer
Fachbereich Medizintechnik
Fachhochschule Jena
Carl-Zeiss-Promenade 2
07745 Jena
Tel. 0 36 41/20 56-35, Fax -44
E-Mail: [email protected]
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Hämostaseologie 2/2004