Fino a qualche tempo fa si riteneva che il fattore di von Willebrand (vWF)
facesse parte di una singola specie macromolecolare che possedeva sia l'attività
coagulante del fattore VIII, che la capacità di promuovere l'adesione
delle piastrine al tessuto vasale danneggiato. In realtà , oggi sappiamo
che ciascuna attività biologica è associata ad una proteina
specifica; il vWF è responsabile solamente dell'adesione piastrinica.
Il vWF circola nel plasma sottoforma di una serie di polimeri che sono costituiti
interamente da una singola unità fondamentale. Il vWF multimerico presente
nel plasma ha un peso molecolare pari a diversi milioni di daltons, le varie
unità fondamentali sono tenute insieme da numerosi legami disolfuro.
La sua composizione aminoacidica è caratteristica per l'elevato contenuto
in cisteina, senza però che vi siano gruppi sulfidrilici liberi. Il
vWF in circolo è costituito per circa il 15% da carboidrati; eventuali
modificazioni della componente glucidica ne riducono la sopravvivenza e l'interazione
con le piastrine. La proteina presenta una complessa struttura primaria con
molte sequenze ripetitive e siti di potenziale polimorfismo.
Il vWF plasmatico svolge la duplice funzione di mediare l'adesione e l'aggregazione
piastrinica e di servire come "carrier" del fattore VIII. Esso viene
sintetizzato da cellule endoteliali e da megacariociti (i precursori delle
piastrine localizzati a livello del midollo osseo). Nelle cellule endoteliali
il vWF è contenuto in vescicole di deposito, i corpi di Weibel-Palade,
mentre nelle piastrine lo si ritrova all'interno dei granuli alfa.
Nelle cellule endoteliali sono stati identificati i precursori ad alto peso
molecolare. La forma a maggior peso molecolare (superiore a 300 kD) presente
nelle cellule è detta pre-pro-fattore di von Willebrand, e contiene
tre distinte regioni che sono (partendo dall'estremita N-terminale): (1) un
corto peptide segnale di 22 aminoacidi, (2) una regione di 98 kD, detta antigene
II del vWF (748 aminoacidi), (3) la forma monomerica del vWF. Nel reticolo
endoplasmatico, le molecole di pre-pro-vWF formano dimeri e, sia il peptide
segnale che l'antigene II del vWF vengono rimossi per taglio proteolitico
originando la subunità matura del vWF di 2050 aminoacidi. L'antigene
II del vWF, una volta rilasciato, viene secreto dalle cellule endoteliali
o depositato nei granuli a delle piastrine. Le molecole definitive del vWF
sono rilasciate dalle cellule endoteliali (questo processo è detto
rilascio basale o costitutivo), oppure sono depositate nei corpi di Weibel-Palade
da cui possono essere rilasciate in risposta a stimoli di vari agonisti. La
formazione del complesso vWF/FVIII stabilizza la molecola del fattore VIII
nel plasma.
Il gene del vWF è localizzato nella banda 21 del cromosoma 12 e porta
alla sintesi di una molecola che inizialmente ha 2813 aminoacidi, con un notevole
numero di sequenze ripetitive distinguibili in 4 diversi domini ripetuti da
2 a 4 volte ciascuno. Ci sono tre domini A, tre domini B, due domini C e quattro
domini D. I domini A corrispondono alla regione del vWF a ridotto contenuto
di cisteina, i domini B sono piccoli e contengono da 25 a 35 aminoacidi, mentre
i domini C ne contengono da 116 a 119 e per finire i domini D ne contengono
da 351 a 376. Molto importanti sono il dominio A3, responsabile del legame
con il collagene di tipo I e III dei vasi danneggiati e il dominio A1, che
causa l'aggregazione delle piastrine legandosi a specifici recettori di membrana.
La formazione del vWF avviene a partire da un precursore di circa 260 kD che
forma i multimeri ad alto peso molecolare attraverso una serie di eventi.
Nel reticolo endoplasmatico la glicosilazione inizia tramite l'aggiunta di
carboidrati del tipo "ad alto contenuto in mannosio" sui siti potenziali
di N-glicosilazione. Questa reazione è necessaria per l'ulteriore riarrangiamento
molecolare dei monomeri del pro-vWF. Tali monomeri formano poi dei dimeri
attraverso legami disolfuro intercatena, che si stabiliscono tra i residui
di cisteina presenti sull'estremità carbossiterminali. La dimerizzazione
è un evento critico, in quanto i monomeri non possono formare multimeri
né procedere ulteriormente fino ad essere secreti. Il dimero del vWF
viene quindi trasferito nell'apparato del Golgi, dove la componente glucidica
"ad alto contenuto in mannosio" viene rimodellata a strutture complese
mediante reazioni di O-glicosilazione e solfatazione. In conseguenza di queste
modificazioni il peso molecolare della subunità aumenta a 275 kD. La
formazione delle catene glucidiche complesse non è indispensabile per
le reazioni successive, ossia per la formazione di multimeri o per la secrezione
del vWF. I multimeri si formano mediante ponti disolfuro alle estremità
aminoterminali dei dimeri adiacenti e possono superare i 10.000 kD. La reazione
finale per formare il vWF maturo avviene all'interno dei corpi di Weibel-Palade
e in vescicole secretorie. Nei corpi di Weibel-Palade generalmente il peptide
(antigene II) viene tagliato prima della secrezione, mentre i multimeri secreti
senza preventiva stimolazione delle cellule contengono quantità rilevanti
del pro-vWF.
Le preparazioni del vWF purificato presentano una rilevante variabilità
nel peso molecolare, che oscilla tra 500 ad almeno 20.000 kD, ma dopo riduzione
dei ponti disolfuro si osserva una sola subunità di circa 225 kD; circa
il 19% del peso è inoltre dovuto ai carboidrati ad esso legati. Ciascuna
subunità possiede 13 potenziali siti di N-glicosilazione con la sequenza
Asn-X-Thr/Ser, 11 dei quali sono effettivamente glicosilati e 10 siti di O-glicosilazione,
8 dei quali sono raggruppati in due limitate regioni della proteina.
Studi di microscopia elettronica e di diffrazione hanno dimostrato che la
molecola del vWF è costituita da unità protomeriche che contengono
almeno tre domini globulari, dove la piccola unità globulare presente
al centro del protomero corrisponde all'estremità carbossiterminale.
Funzione:
Il vWF media la fase iniziale dell'adesione delle piastrine con il subendotelio
dei vasi sanguigni che hanno subito lesioni e l'adesione tra piastrina e piastrina;
entrambi i tipi di interazione sono di importanza vitale nel mantenere il
corretto equilibrio tra sangue fluido e sangue coagulato. Soltanto le forme
altamente polimeriche sono emostaticamente attive, esse hanno il compito di
normalizzare la coagulazione, ma la bloccano invece nei pazienti affetti da
sindrome di von Willebrand.
Il vWF ha anche un ruolo importante nella stabilizzazione del fattore VIII,
proteggendolo dalla degradazione. Il ruolo del vWF nell'aggregazione e nell'adesione
delle piastrine suggerisce l'esistenza di recettori per la proteina sulle
piastrine. Le piastrine dei pazienti con la sindrome di Bernard e Soulier
non legano il vWF in presenza dell'antibiotico ristocetina, né aderiscono
al subendotelio in sistemi di perfusione che utilizzano vasi denudati, facendo
concludere che le piastrine di questi pazienti siano incapaci di legare il
vWF. Il recettore per il vWF è la GPIb (che è carente nella
membrana delle piastrine dei pazienti appena menzionati) facente parte dei
recettori glicoproteici (GP) di membrana della famiglia delle integrine. Il
vWF si lega anche alle piastrine attivate con trombina o ADP, però
nel complesso GPIIb/IIIa, in queste condizioni il legame si realizza solo
con piastrine che sono metabolicamente competenti. Il legame del vWF alle
piastrine attivate in questo modo è inibito da anticorpi monoclonali
contro il complesso GPIIb/IIIa e da altre proteine che legano questo complesso
come il fibrinogeno e la fibronectina. Il legame del vWF al complesso GPIIb/IIIa
è probabilmente importante nell'interazione delle piastrine con le
superfici, nonostante la competizione con il fibrinogeno e la fibronectina.
La trombina, il collagene, l'ADP e altri agonisti inducono l'espressione del
vWF sulla superficie dei trombociti, questo si legherà soprattutto
con il complesso GPIIb/IIIa dopo stimolazione delle piastrine e, inoltre,
a differenza del legame del vWF plasmatico, i chelanti del calcio e gli anticorpi
monoclonali contro la GPIIb/IIIa non inibiscono completamente l'espressione
del vWF di origine piastrinica sulla superficie delle cellule. Il vWF piastrinico
è più efficace nel favorire l'adesione delle piastrine a superfici
rivestite da collagene rispetto al vWF plasmatico.
Altri fattori che influenzano l'efficienza del legame del vWF sono la fibrina,
che interagisce in maniera specifica con il vWF aumentandone il legame con
le piastrine, e le turbolenze del flusso che le cellule incontrano passando
attraverso piccole arterie o arteriole parzialmente ostruite che inducono
l'aggregazione piastrinica. Questa aggregazione non dipende dagli agonisti,
ma richiede il vWF, la GPIb intatta e il complesso GPIIb/IIIa. I multimeri
più grandi del vWF rilasciati dalle cellule endoteliali o dalle piastrine
sono molto più efficaci nell'indurre l'aggregazione delle piastrine
rispetto ai multimeri che si trovano normalmente nel plasma. Il sito di legame
sulla molecola del vWF per il complesso GPIIb/IIIa è probabilmente
il tetrapeptide Arg-Gly-Asp-Ser (RGDS) tra i residui 1744 e 1747. La porzione
glucidica del vWF è importante per l'attività del cofattore
ristocetinico, per la sopravvivenza intravascolare, per l'interazione fra
le piastrine e il subendotelio e per il mantenimento di una normale configurazione
multimerica. Dopo la rimozione enzimatica dell'acido sialico terminale, il
vWF si lega alla GPIb e determina l'aggregazione piastrinica, ristocetina
indipendente, in presenza di fibrinogeno.