Spannende Entwicklungen zu Faktor VIII (FVIII) gibt es aus den Laboren des University of Rochester Medical Center zu vermelden. Dort haben Forscher am Faktor VIII mehrere subtile Veränderungen vorgenommen, die seine Fähigkeit, die Blutgerinnung voranzutreiben, dramatisch erhöhen. Struktur und Funktion von FVIII werden an diesem Zentrum seit Jahrzehnten untersucht.

Diese Befunde, die Dr. Hironao Wakabayashi, E. Griffiths und Dr. Philipp J. Fay in der Märzausgabe der Fachzeitschrift Journal of Thrombosis and Haemostasis vorstellen, könnten sich eines Tages tiefgreifend auf die Therapie der Hämophilie auswirken.

In früheren Arbeiten und der aktuellen Studie hat ein Team unter Fays Leitung unter den mehr als 2300 Aminosäuren, aus denen FVIII aufgebaut ist, entscheidende Aminosäuren identifiziert, deren Austausch das Potenzial hat, die Leistung des gesamten Proteins zu verändern. Zusammen mit seinem Partner Wakabayashi hat Fay die FVIII-Proteine mit neuem Design zum Patent angemeldet.

"Unser Ziel besteht darin, die Natur zu verbessern, indem wir FVIII-Proteine mit einem Zuwachs an Funktion entwickeln, die der Version des Proteins, das bei gesunden Menschen gefunden wird, überlegen sind", sagte Fay. "Es ist nicht wahrscheinlich, dass diese potenteren Formen in der Natur auftreten, da sie theoretisch zu übermäßiger Blutgerinnung, blockierten Arterien und Herzattacken bei ansonsten gesunden Menschen führen würden."

"Bei Patienten mit Hämophilie ist eine verstärkte Blutgerinnung jedoch wünschenswert", fuhr der Experte fort. "Auf der anderen Seite haben wir versucht, die Struktur des Proteins so wenig wie möglich zu verändern, da das Immunsystem umso wahrscheinlicher reagiert, je mehr wir es verändern."

An der Blutgerinnung sind mehr als ein Dutzend Proteine beteiligt: diese sind Teil einer Kaskade chemischer Reaktionen in den Blutgefäßen, die nach Verletzungen einsetzt, wobei jeder Faktor oder Faktor-Komplex den nächsten in der Kette aktiviert. Diese Gerinnungsfaktoren sind mit römischen Ziffern benannt. Dazu zählt auch Faktor VIII, der leicht modifiziert zu einem aktiven Kofaktor VIIIa wird und sich dann mit Faktor IX zusammen tut, um Faktor X zu aktivieren.

Faktor X spaltet aus Prothombin Thrombin ab, das wiederum zur Polymerisation von Fibrin führt – des klebrigen Proteins, das sich als Netz zusammen mit den Blutkörperchen über geschädigtes Gewebe legt.

Das Team um Fay hat in den vergangenen 20 Jahren ein tieferes Verständnis der Struktur von FVIII gewonnen. Nach und nach wurde den Forschern klar, wie sie das Protein verändern könnten, um die Blutgerinnung stärker voranzutreiben.

So veröffentlichten Fay und Wakabayashi im Jahr 2005 eine Arbeit, die zeigte, dass der Austausch einer Glutaminsäure durch Alanin an einem bestimmten Punkt einer Bindungsstelle für Kalzium, die FVIII besitzt, seine Fähigkeit verdoppelte, an Faktor IX zu binden und somit die Blutgerinnung verstärkte. Denn FVIII besitzt auf seiner Oberfläche Ketten aus Aminosäuren, die wie Taschen aussehen und so geformt sind, dass sie Kalzium binden können. Das Kalzium verbessert die Fähigkeit von Faktor VIII, an Faktor IX zu binden.

Während die früheren Arbeiten die Aktivität von Faktor VIII erhöht hatten, steigerte die aktuelle Arbeit drastisch die Stabilität des Proteins. Damit ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass der Faktor VIII möglichst unbeschadet den Herstellungsprozess und den Kontakt mit dem Strom des menschlichen Blutes übersteht. Wird es auseinandergefaltet oder -gerissen, kann es nicht therapeutisch wirken.

Bei standardmäßigen Stabilitätstests wird ein Protein erhöhter Temperatur ausgesetzt, um die thermale Stabilität zu prüfen, oder Detergentien, um die chemische Stabilität zu testen.

Im Fall von Faktor VIII misst die Stabilität die Kraft, mit der die anderen Faktor VIII-Domänen an der A2-Domäne festhalten – dem Teil, bei dem ein Wegbrechen am wahrscheinlichsten ist. Fehlt die A2-Domäne, kann Faktor VIII nicht zu seiner aktiven Form, Faktor VIIIa, umgewandelt werden.

Bei der Herstellung von rekombinantem Faktor VIII wird das Protein mithilfe einer Zellkultur produziert, in mehreren Schritten gereinigt und mittels Gefriertrocknung in Pulver umgewandelt. Bevor es in den Körper injiziert werden kann, wird es zu Injektionszwecken in Wasser gelöst.

Bei diesem Prozess wird ein kleiner, aber bedeutsamer Teil des Proteins entfaltet oder zerstört. Eine dauerhaftere Version des Proteins würde bedeuten, dass mehr aktives Protein es letztendlich bis in den Körper schafft, so die Forscher. Wenn dann mehr stabiler Faktor VIII in Faktor VIIIa umgewandelt wird, hält der VIIIa-Cofaktor die A2-Domäne besser fest – was der Grund dafür ist, dass den Befunden der aktuelleren Studie zufolge stabilere Varianten die Gerinnung erhöhen.

In einem Artikel, der kürzlich in der Fachzeitschrift Blood erschienen ist, beschrieb das Team bereits, wie es drei Aminosäuren mit elektrischer Ladung gegen drei ungeladene Aminosäuren austauschte, da die Innenseiten von Blutproteinen wie Faktor VIII ungeladene Aminosäuren eigentlich "bevorzugen".

Hatten die Forscher bislang nur einzelne Mutationen in Faktor VIII erzeugt und das Ergebnis überprüft, kombinierten sie diese Mutationen jetzt miteinander. Das Ergebnis: Während einige der Einzelmutationen die Stabilität von Faktor VIII und Faktot VIIIa bereits verdoppelt hatten, erhöhten die Kombinationen der Mutationen die Stabilität bis um das Zehnfache. Veränderungen der Struktur bleiben dabei auf das Innere von Faktor VIII beschränkt, so dass das Immunsystem nicht auf das rekombinante Protein aufmerksam wird.

Konkret fanden Fay und Wakabayashi, dass drei Aminosäuren (Asp519, Glu665 und Glu1984), die an den Grenzflächen der A2-Domäne mit den Domänen 1 und 3 lokalisiert sind, die Kraft der Anziehung zwischen den Domänen aufgrund ihrer Ladung schwächten. Ihre Entfernung per Mutation erhöhte die thermale Stabilität von Faktor VIII um 200 Prozent und die chemische Stabilität um 30 Prozent.

Zugleich wurde die Fähigkeit von A2, von Faktor VIIIa wegzubrechen, um 800 Prozent erhöht – was zu einer Steigerung der Thrombingenerierung von 220 Prozent führte.

Die Forscher hoffen, somit den Behandlungseffekt künftig verlängern zu können, die Behandlungskosten zu reduzieren und die Wahrscheinlichkeit der Abstoßung durch das Immunsystem zu verringern.

Quelle: J Thromb Haemost. 2009 Mar;7(3):438-44. Epub 2008 Dec 4.