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40.2D : Plaquettes et facteurs de coagulation - Biologie

40.2D : Plaquettes et facteurs de coagulation - Biologie



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Les plaquettes et les facteurs de coagulation contribuent à boucher les parois endommagées des vaisseaux sanguins et à arrêter la perte de sang.

Objectifs d'apprentissage

  • Décrire les rôles joués par les plaquettes et les facteurs de coagulation

Points clés

  • Les plaquettes (thrombocytes) sont de petits fragments cellulaires anucléés qui résultent de la désintégration des mégacaryocytes.
  • Dans des conditions normales, les parois des vaisseaux sanguins produisent des messagers chimiques qui inhibent l'activation des plaquettes, mais, lorsqu'elles sont blessées, elles exposent le collagène, libérant des facteurs qui attirent les plaquettes vers le site de la plaie.
  • Les plaquettes activées se collent les unes aux autres pour former un bouchon plaquettaire, qui active les protéines du facteur de coagulation présentes dans le sang pour améliorer encore la réponse aux blessures en renforçant le bouchon avec de la fibrine.
  • La vitamine K est nécessaire au bon fonctionnement de nombreux facteurs de coagulation ; une carence est préjudiciable à la coagulation du sang.
  • Les plaquettes peuvent s'activer et former des caillots dans des situations de flux non physiologique causé par une maladie ou des dispositifs artificiels.

Mots clés

  • collagène: L'un des plus de 28 types de glycoprotéines qui forment des fibres allongées, généralement présentes dans la matrice extracellulaire du tissu conjonctif.
  • caillot: une masse de sang solidifiée
  • sténose: un rétrécissement ou une sténose anormal dans un vaisseau sanguin ou un autre organe tubulaire

Plaquettes et facteurs de coagulation

Le sang doit former des caillots pour cicatriser les plaies et prévenir les pertes de sang excessives. De petits fragments cellulaires appelés plaquettes (thrombocytes) sont formés à partir de la désintégration de cellules plus grosses appelées mégacaryocytes (a). Pour chaque mégacaryocyte, 2000 à 3000 plaquettes sont formées avec 150 000 à 400 000 plaquettes présentes dans chaque millimètre cube de sang. Chaque plaquette est en forme de disque et a un diamètre de 2 à 4 µm. Ils contiennent de nombreuses petites vésicules, mais ne contiennent pas de noyau.

La surface interne des vaisseaux sanguins est tapissée d'une fine couche de cellules (cellules endothéliales) qui, dans des situations normales, produisent des messagers chimiques qui inhibent l'activation plaquettaire. Lorsque la couche endothéliale est lésée, le collagène est exposé, libérant d'autres facteurs dans la circulation sanguine qui attirent les plaquettes vers le site de la plaie. Lorsque les plaquettes sont activées, elles s'agglutinent pour former un bouchon plaquettaire (caillot de fibrine) (b), libérant leur contenu. Le contenu libéré des plaquettes active d'autres plaquettes et interagit également avec d'autres facteurs de coagulation. Les facteurs de coagulation (facteurs de coagulation) sont des protéines du plasma sanguin qui réagissent dans une cascade complexe pour convertir le fibrinogène, une protéine hydrosoluble présente dans le sérum sanguin, en fibrine, une protéine non hydrosoluble, qui renforce le bouchon plaquettaire. De nombreux facteurs de coagulation nécessitent de la vitamine K pour fonctionner. Une carence en vitamine K peut entraîner des problèmes de coagulation sanguine. Le bouchon ou le caillot dure plusieurs jours, arrêtant la perte de sang.

À l'extérieur du corps, les plaquettes peuvent également être activées par une surface chargée négativement, comme le verre. Des conditions d'écoulement non physiologiques (en particulier des valeurs élevées de contrainte de cisaillement) causées par une sténose artérielle ou des dispositifs artificiels (par exemple, des valves cardiaques mécaniques ou des pompes à sang) peuvent également conduire à une activation plaquettaire.


Coagulation sanguine : mécanismes et étapes | Sang | Hématologie | La biologie

Dans cet article, nous discuterons des mécanismes et des étapes de la coagulation sanguine.

Mécanisme de La coagulation du sang:

La coagulation du sang est l'un des trois mécanismes qui réduisent la perte de sang des vaisseaux sanguins brisés.

Les trois mécanismes sont:

Le muscle lisse des parois des vaisseaux sanguins se contracte dès que le vaisseau sanguin est rompu. Cette réponse réduit les pertes sanguines pendant un certain temps, tandis que les autres mécanismes hémostatiques deviennent actifs.

ii. Formation de bouchon plaquettaire :

Lorsque les plaquettes sanguines rencontrent un vaisseau sanguin endommagé, elles forment un "bouchon plaquettaire" pour aider à combler l'écart dans le vaisseau sanguin brisé. (Les étapes clés de ce processus sont appelées adhésion plaquettaire, réaction de libération des plaquettes et agrégation plaquettaire)

À la suite d'une lésion d'un vaisseau sanguin, un spasme vasculaire se produit pour réduire la perte de sang tandis que d'autres mécanismes prennent également effet. Les plaquettes sanguines se rassemblent sur le site de la lésion et s'amassent pour former un bouchon plaquettaire. C'est le début du processus de décomposition du sang de sa forme liquide habituelle de telle sorte que ses constituants jouent leur propre rôle dans les processus visant à minimiser les pertes de sang.

Le sang reste normalement à l'état liquide lorsqu'il se trouve dans les vaisseaux sanguins, mais lorsqu'il les quitte, le sang peut s'épaissir et former un gel (coagulation). La coagulation du sang (techniquement la « coagulation du sang ») est le processus par lequel le sang (liquide) est transformé en un état solide.

Cette coagulation sanguine est un processus complexe impliquant de nombreux facteurs de coagulation (y compris les ions calcium, les enzymes, les plaquettes, les tissus endommagés) qui s'activent mutuellement.

Étapes de La coagulation du sang:

1. Formation de prothrombinase:

La prothrombinase peut être formée de deux manières, selon laquelle des deux « systèmes » ou « voies » s'applique.

Ceci est initié par le sang liquide entrant en contact avec une surface étrangère, i. e. quelque chose qui ne fait pas partie du corps ou

Ceci est initié par le sang liquide entrant en contact avec les tissus endommagés.

Les systèmes intrinsèques et extrinsèques impliquent des interactions entre les facteurs de coagulation. Ces facteurs de coagulation ont des noms individuels mais sont souvent désignés par un ensemble standardisé de chiffres romains, par ex. Facteur VIII (facteur anti-hémophilique), Facteur IX (facteur de Noël).

2. Prothrombine convertie en thrombine enzymatique:

La prothrombinase (formée au stade 1.) convertit la prothrombine, qui est une protéine plasmatique formée dans le foie, en l'enzyme thrombine.

3. Fibrinogène (Soluble) Converti en Fibrine (Insoluble):

À son tour, la thrombine convertit le fibrinogène (qui est également une protéine plasmatique synthétisée dans le foie) en fibrine.

La fibrine est insoluble et forme les fils qui lient le caillot

Il existe deux voies qui conduisent à la conversion de la prothrombine en thrombine :

(1) La voie intrinsèque et

(1) Voie Intrinsèque:

La voie intrinsèque, qui est déclenchée par des éléments qui se trouvent dans le sang en lui-même (intrinsèque au sang), se déroule de manière fluide. Les dommages à la paroi vasculaire stimulent l'activation d'une cascade de facteurs de coagulation (par souci de simplicité, nous ne considérerons pas les facteurs individuels). Cette cascade entraîne l'activation du facteur X.

Le facteur X activé est une enzyme qui convertit la prothrombine en thrombine. La thrombine convertit le fibrinogène en monomères de fibrine, qui polymérisent ensuite en fibres de fibrine. Les fibres de fibirine forment un maillage de pertes qui est stabilisé par des réticulations créées par le facteur XIII. Le maillage stabilisé de fibres de fibrine insère désormais un caillot qui piège les globules rouges et les plaquettes et arrête ainsi le flux sanguin.

(2) Voie extrinsèque:

La voie extrinsèque est déclenchée par des lésions tissulaires à l'extérieur du vaisseau sanguin. Cette voie agit pour coaguler le sang qui s'est échappé du vaisseau dans les tissus. Les dommages aux tissus stimulent l'activation de la thromboplastine tissulaire, une enzyme qui catalyse l'activation du facteur X. À ce stade, les voies intrinsèque et extrinsèque convergent et les étapes suivantes sont les mêmes que celles décrites ci-dessus.

Avec l'athérosclérose avancée, prenez un bébé d'aspirine encore un jour pour réduire la probabilité de crise cardiaque et d'accident vasculaire cérébral.

De petites déchirures des capillaires et des artérioles se produisent tout le temps. Les plaquettes sont responsables de sceller rapidement ces déchirures avant que le processus plus lent de coagulation ne termine le travail.

En l'absence d'un nombre suffisant de plaquettes, ces micro-taches (thrombocytopénie purpura) sont visibles sur la peau. La thrombocytopénie peut être aiguë ou chronique et a de nombreuses causes. Les cas graves non traités entraînent la mort.

Le sang contient environ une douzaine de facteurs de coagulation. Ces facteurs sont des protéines qui existent dans le sang à l'état inactif, mais peuvent être appelées à agir lorsque les tissus ou les vaisseaux sanguins sont endommagés.

L'activation des facteurs de coagulation se produit de manière séquentielle. Le premier facteur de la séquence active le deuxième facteur, qui active les troisièmes facteurs et ainsi de suite. Cette série de réactions est appelée cascade de coagulation.

La coagulation du sang est la transformation du sang liquide en un gel semi-solide. Les caillots sont fabriqués à partir de fibres (polymères) d'une protéine appelée fibrine. Les monomères de fibrine proviennent d'un précurseur inactif appelé fibrinogène.

Le corps de la molécule de fibrinogène a des capuchons à ses extrémités qui mastiquent les sites de liaison de fibrine à fibrine. Si les capuchons sont retirés, les monomères de fibrine polymérisent pour former des polymères de fibrine. Ce processus nécessitait de la thrombine, l'enzyme qui convertit le fibrinogène en fibrine.

Ce processus nécessite également du calcium, qui agit comme une sorte de colle pour maintenir les monomères de fibrine les uns aux autres pour former la fibre polymère. Les fibres de fibrine forment un maillage lâche qui est stabilisé par le facteur de coagulation XIII. Le maillage stabilisé de fibres de fibrine piège les érythrocytes, formant ainsi un caillot qui arrête le flux sanguin.

Médicaments anti-caillots:

Les caillots sanguins peuvent mettre la vie en danger s'ils se forment de manière inappropriée dans des endroits critiques. Les caillots qui bloquent les artères coronaires provoquent les crises cardiaques, tandis que les caillots qui bloquent les artères dans le cerveau provoquent un accident vasculaire cérébral. Les médicaments qui peuvent favoriser l'élimination des caillots, les « busters de caillots » sont utilisés dans les cas d'attraction cardiaque et d'accident vasculaire cérébral pour réduire les dommages causés par le caillot.

Les médicaments utilisés en clinique pour enlever les lits de camp comprennent :

1. L'activateur tissulaire du plasminogène (TPA) a été récemment cloné et est maintenant produit en grande quantité par la biotech Amgen. Il est utilisé en clinique pour dissoudre les caillots dans les artères coronaires à la suite d'une crise cardiaque. Il est également utilisé pour dissoudre les caillots dans le cerveau après un AVC.

2. La streptokinase est une enzyme qui dissout directement les caillots sanguins. Il est produit par la bactérie streptocoque. Les bactéries utilisent la streptokinase pour dissoudre les caillots qui affectent négativement leur croissance chez l'hôte humain. Cette enzyme dissolvant les caillots est apparemment aussi efficace que le TPA recombinant.

La streptokinase coûte 2 dollars par chèvre tandis que le TPA coûte 2 000 dollars par dose. Sur la base de préoccupations économiques, la streptokinase est le médicament de choix. Cependant, la streptokinase n'est pas une enzyme humaine, donc le système immunitaire la considère comme une molécule étrangère qui devrait être déformée.

La réponse immunitaire augmente avec l'utilisation répétée de ce qui limite l'efficacité du médicament au fil du temps. Le TPA, par contre, est une molécule de huna entière que le système immunitaire ne détruit pas.


Coagulation ou coagulation sanguine

La coagulation ou la coagulation du sang est un processus biologique qui arrête le saignement. Il est essentiel que le sang coagule lorsque nous avons une blessure à la surface qui brise les vaisseaux sanguins. La coagulation peut nous empêcher de saigner à mort et nous protéger de l'entrée de bactéries et de virus. Des caillots se forment également à l'intérieur de notre corps lorsqu'un vaisseau sanguin est blessé. Ici, ils empêchent la perte de sang du système circulatoire.

Notre corps peut à la fois faire des caillots et les décomposer une fois qu'ils ont fait leur travail. Chez la plupart des gens, un équilibre sain est maintenu entre ces deux activités. Chez certaines personnes, cependant, une coagulation sanguine anormale se produit et leur corps peut ne pas être en mesure de décomposer les caillots. Un gros caillot à l'intérieur d'un vaisseau sanguin est potentiellement dangereux car il peut bloquer le flux sanguin dans le vaisseau. Les caillots internes qui se forment sans blessure évidente ou ceux qui voyagent dans les vaisseaux sanguins sont également dangereux.

La coagulation du sang est un processus fascinant et complexe qui comporte de nombreuses étapes. Les protéines fabriquées par le foie et envoyées dans la circulation sanguine sont une partie essentielle du processus. Les protéines circulent dans le corps dans notre sang, prêtes à l'action à tout moment. Une blessure externe ou interne est le déclencheur qui active les protéines et met en mouvement le processus de coagulation du sang.

Les cellules sanguines et les plaquettes sont parfois appelées éléments formés dans le sang.

Les globules rouges (ou érythrocytes) transportent l'oxygène vers les cellules. Les cinq types de globules blancs (leucocytes) combattent les infections de diverses manières. Les plaquettes (thrombocytes) sont des fragments cellulaires qui jouent un rôle essentiel dans le processus de coagulation du sang. Ils développent une apparence hérissée lorsqu'ils sont activés.


Formation de α–granules

Trafic de vésicules

Le développement des granules α– commence dans le mégacaryocyte, mais se poursuit dans la plaquette circulante. Dans le mégacaryocyte, les granules de α– proviennent en partie du bourgeonnement de petites vésicules contenant une cargaison de granules de α– du réseau trans-Golgi ( Fig. 1 ). 6, 7 Dans d'autres modèles cellulaires, un assemblage orchestré de protéines d'enveloppe (p. ex., clathrine, COPII), de protéines adaptatrices (p. ex., AP-1, AP-2, AP-3), de machines de fusion (p. [SNAREs]), et les GTPases monomères (par exemple, Rabs) médient le trafic et la maturation des vésicules. L'assemblage de la couche de clathrine fonctionne probablement aussi dans le trafic des vésicules du réseau trans-Golgi vers les granules des mégacaryocytes. Les protéines adaptatrices associées à la clathrine AP-1, AP-2 et AP-3 se trouvent dans les plaquettes 8, 9 et sont proposées pour fonctionner dans la formation de vésicules induite par la clathrine dans les plaquettes. 10 Des mutations dans le gène codant pour AP-3, par exemple, entraînent une altération de la formation de granules denses. 9 L'endocytose médiée par la clathrine fonctionne également dans l'administration de la membrane plasmique dans les granules α– (Fig. 1). Les vésicules issues du réseau trans-Golgi ou de la membrane plasmique peuvent ensuite être dirigées vers des corps multivésiculaires (MVB).

La cargaison de granulés provient du bourgeonnement du réseau trans-Golgi (TGN) et de l'endocytose de la membrane plasmique. Les deux processus sont médiés par la clathrine. L'endocytose médiée par les récepteurs est représentée sur cette figure, cependant, une pinocytose de la cargaison de granulés α– peut également se produire. Les vésicules peuvent ensuite être délivrées aux corps multivésiculaires (MVB), où le tri des vésicules se produit. Il est possible que les vésicules soient également livrées directement aux α–granules. Certaines vésicules dans les MVB contiennent des exosomes. Les MVB peuvent mûrir pour devenir des α–granules.

Les MVB trouvés dans la plupart des cellules sont des structures endosomales contenant des vésicules qui se forment à partir de la membrane limitante de l'endosome. 11, 12 Ce sont généralement des structures transitoires impliquées dans le tri des vésicules contenant des protéines endocytosées et nouvellement synthétisées. Dans les mégacaryocytes, les MVB servent à un stade intermédiaire de la production de granules. 13 Les granulés denses et les granulés α– sont triés par MVB. 13, 14 Les vésicules en herbe du réseau trans-Golgi peuvent être livrées directement aux MVB (Fig. 1). 13 Des études cinétiques dans les mégacaryocytes ont démontré que le transport des protéines endocytosées passe des endosomes aux MVB immatures (MVB I, avec des vésicules internes seules) aux MVB matures (MVB II, avec des vésicules internes et une matrice dense aux électrons) aux granules. Les granulés contenus dans les MVB contiennent des vésicules de 30 nm, appelées exosomes. 13 Certains exosomes persistent dans les granules matures et sont sécrétés après l'activation des plaquettes. 15 Bien que l'on ne sache pas si la totalité ou la plupart du trafic de vésicules vers les α–granules passe par le MVB, ces observations indiquent que le MVB représente une étape de développement dans la maturation des α–granule.

La maturation des granules α– se poursuit dans les plaquettes circulantes par endocytose des membranes plasmiques des plaquettes. 16 – 18 Une voie dépendante de la clathrine conduisant à l'administration de la membrane plasmique aux granules α– a été décrite, tout comme une voie indépendante de la clathrine qui achemine les vésicules vers les lysosomes. 18 Contrairement à d'autres cellules, les vésicules enrobées des plaquettes conservent leur enveloppe de clathrine tout au long du trafic et pendant une période suivant la fusion avec les granules α–. 17 L'endocytose plaquettaire semble être une activité constitutive des plaquettes au repos. Le contrôle moléculaire de l'endocytose dans les plaquettes n'est pas connu, mais peut impliquer les récepteurs de la famille Src Fyn, Fgr, Lck et/ou Lyn sur la base d'études de colocalisation, de leur statut de phosphorylation de la tyrosine, 19, 20 et des preuves d'un rôle pour la famille Src récepteurs dans l'endocytose lymphocytaire. 21 Des études réalisées chez des chiens évaluant l'accumulation de fibrinogène et d'immoglobuline, qui sont endocytosées par les plaquettes circulantes, montrent que les niveaux de protéines des granules endocytosées, mais non endogènes, augmentent avec l'âge des plaquettes. 22 Cette observation confirme que le trafic constitutif vers les granulés α– se poursuit tout au long de la vie de la plaquette.

Tri des protéines

De nombreuses protéines α–granule sont produites par les mégacaryocytes et triées en α–granules via une voie de sécrétion régulée. Ces protéines sont synthétisées dans le réticulum endoplasmique, exportées vers le Golgi pour maturation, puis triées au niveau du réseau trans-Golgi. 23 Le trafic de certaines protéines granulées bien connues synthétisées dans les mégacaryocytes, telles que la P-sélectine, a été évalué. Des études initiales dans des cellules hétérologues ont indiqué que la séquence de tri pour la P-sélectine est contenue dans sa queue cytoplasmique. 24 – 27 Des études ultérieures, cependant, ont indiqué que la queue cytoplasmique de la P-sélectine cible cette molécule d'adhésion aux granules de stockage dans les cellules endothéliales, mais pas dans les plaquettes. 25, 28 Cette observation démontre que si certains principes de tri des protéines peuvent être généralisés parmi les types de cellules, le mécanisme de tri d'une protéine particulière peut varier entre les types de cellules.

Le trafic de protéines solubles a également été évalué. L'étude du ciblage de CXCL4 (également connu sous le nom de facteur plaquettaire 4) vers les α–granules a conduit à l'identification d'une séquence signal responsable du tri des chimiokines en α–granules. 29, 30 Ces expériences démontrent qu'une séquence de quatre acides aminés dans la boucle hydrophile exposée est requise pour le tri de CXCL4 en granules α–. 30 Une séquence analogue a été identifiée dans les chimiokines plaquettaires RANTES et NAP-2. 30

Les protéines solubles doivent être incorporées dans les vésicules formées au niveau du réseau trans-Golgi pour devenir une cargaison dans les granules matures. Un mécanisme impliquant la liaison aux glycosaminoglycanes a été proposé pour trier les petites chimiokines solubles. Les souris dépourvues du glycosaminoglycane plaquettaire dominant, la serglycine, ne parviennent pas à stocker des protéines solubles contenant des régions essentiellement chargées, telles que CXCL4, PDGF ou NAP-2, dans leurs granules α–. 31 Cette observation suggère que les glycosaminoglycanes peuvent servir de mécanisme de rétention pour les chimiokines possédant une région cationique exposée. Un mécanisme pour incorporer des protéines solubles plus grosses dans les granules α– est l'agrégation de monomères protéiques. 32 Bien qu'il n'ait pas été formellement prouvé qu'elles triaient par agrégation, il a été proposé que de grandes protéines auto-assemblantes telles que la multimérine se trient en vésicules immatures par homoagrégation. 33 vWf s'auto-assemble en grandes structures multivalentes et est emballé dans une structure tubulaire discrète au sein de α–granules. 34, 35 L'expression hétérologue de vWf peut entraîner la formation de granules dans les lignées cellulaires possédant une voie de sécrétion régulée (par exemple, les cellules AtT-20, HEK293 ou RIN 5F), mais pas dans les lignées cellulaires dépourvues d'une telle voie (CHO, COS , ou cellules 3T3). 36, 37 Bien que l'agrégation et la liaison aux glycosaminoglycanes représentent des mécanismes plausibles pour le tri des protéines solubles, des récepteurs de tri alternatifs doivent exister pour d'autres protéines endogènes de granule.

Les protéines plasmatiques sont incorporées dans les granules α– via plusieurs mécanismes distincts d'endocytose. Au cours de l'endocytose médiée par un récepteur, une protéine plasmatique est liée à un récepteur de surface plaquettaire et ensuite internalisée via un processus dépendant de la clathrine. L'exemple le mieux étudié est l'incorporation de fibrinogène via l'intégrine αIIbβ3. 38 – 42 Les protéines plasmatiques telles que les immunoglobulines et l'albumine s'intègrent dans les granules α– par pinocytose. 43 L'endocytose du facteur V par les mégacaryocytes fait intervenir deux récepteurs. Après la liaison initiale à un récepteur spécifique du facteur V, une liaison subséquente à la protéine 1 liée au récepteur des lipoprotéines de basse densité (LRP-1) se produit et une endocytose médiée par la clathrine s'ensuit. 44, 45 L'endocytose des protéines α–granule peut se produire au niveau du mégacaryocyte, de la plaquette ou des deux.

Transport des granulés α– dans les plaquettes

Les granulés formés dans les mégacaryocytes doivent être distribués aux plaquettes au cours de la mégacaryopoïèse. Deux modèles pour tenir compte de la livraison des organites au cours de la mégacaryopoïèse comprennent le modèle de fragmentation et le modèle de proplaquettes. Le modèle de fragmentation prédit que le système membranaire de démarcation des mégacaryocytes divise la cellule en régions, chacune contenant son lot d'organites. 46 Le modèle proplaquette prédit que, dans une profonde réorganisation terminale du mégacaryocyte, les plaquettes se forment le long de projections étendues appelées proplaquettes. 47 – 49 Des études récentes ont indiqué que les plaquettes sont produites in vivo via la formation de proplaquettes 50 et que les α–granules sont transportés des mégacaryocytes aux α–granules sur les faisceaux de microtubules. 51 Ces études démontrent que les organites au sein du mégacaryocyte se déplacent du corps cellulaire vers les plaquettes naissantes sur les pistes des microtubules, alimentées par les protéines motrices des microtubules. Les organites se déplacent à une vitesse de 0,1𠄲 μm/min dans ce qui semble être une direction aléatoire. Ils sont capturés dans les plaquettes en développement grâce à des spirales de microtubules, qui persistent dans les plaquettes. 51

Les granules individuels qui se déplacent le long des pistes des microtubules proplaquettaires semblent être hétérogènes en ce qui concerne la cargaison (Fig. 2). 4 Certains α–granules colorés avec des anticorps dirigés contre vWf, mais pas contre le fibrinogène. D'autres étaient colorés avec des anticorps contre le fibrinogène, mais pas contre le vWf. 4 Des paires d'antigènes supplémentaires telles que le facteur de croissance des cellules endothéliales vasculaires (VEGF) et l'endostatine, ainsi que le facteur de croissance basique des fibroblastes (bFGF) et la thrombospondine-1, se sont également avérées résider dans différentes sous-populations de granules. 4 Une coloration différentielle des sous-populations de granulés α– est également observée dans les plaquettes matures. 4, 5 Il reste à déterminer si différentes sous-populations de α–granule représentent des α–granules provenant de différentes sources (par exemple, endocytose par rapport à une voie de sécrétion régulée), triées de manière différentielle dans les MVB ou séparées par des mécanismes encore inconnus.

Les granules plaquettaires sont transportés le long des microtubules du corps cellulaire des mégacaryocytes à travers de longues extensions pseudopodiales appelées proplaquettes. Les plaquettes se forment sous forme de renflements le long de ces extensions. Les granulés sont maintenus dans les plaquettes naissantes par des microtubules enroulés. L'insert montre des sous-populations de α–granules contenant des cargaisons distinctes transportées le long d'une proplaquette. α–Les granules contenant du fibrinogène sont indiqués en vert, tandis que ceux contenant vWf sont indiqués en rouge. (Insérer de Italiano et al., Du sang, 111:1227�.)

Défauts dans la formation des granulés α–

Des défauts de formation des granules α– ont été décrits à la fois chez des patients et des souris. Le syndrome des plaquettes grises est le plus connu des troubles héréditaires de la formation de granulés α– (pour une revue, voir 52). Ce syndrome est hétérogène et ses fondements génétiques restent à élucider. Les granulés sont également sévèrement réduits dans le trouble des plaquettes géantes de Medich et le syndrome des plaquettes blanches. 53 , 54 Les défauts moléculaires résultant de ces syndromes, cependant, n'ont pas été identifiés.

La déficience en granulés peut résulter de mutations ou de délétions de facteurs de transcription spécifiques. Par exemple, les souris dépourvues de Hzf, une protéine à doigt de zinc qui agit comme un facteur de transcription, produisent des mégacaryocytes et des plaquettes avec des granules nettement réduits, imitant le syndrome des plaquettes grises. 55 Le fibrinogène, le PDGF et le vWf sont presque absents des plaquettes déficientes en Hzf. Cependant, aucune mutation dans l'orthologue Hzf gène ont été identifiés dans une série de patients atteints du syndrome des plaquettes grises. 56 Des mutations de GATA1 ont été décrites chez des patients présentant une thrombocytopénie et des granules nettement réduits ou absents. 57, 58 Les régulateurs en aval impliqués dans la formation de granules, cependant, n'ont pas été caractérisés pour ces mutants de facteurs de transcription.

Certaines mutations entraînant une diminution marquée ou l'absence de granules de α– se produisent dans les gènes codant pour des protéines impliquées dans le trafic vésiculaire. Le syndrome de l'ARC résulte de mutations dans le VPS33B gène. 59, 60 VPS33B est une protéine associée à la membrane qui se lie étroitement et régule la fonction des SNARE. 60 VPS33B s'associe aux granulés α– dans les plaquettes. 59 Les patients porteurs de cette mutation possèdent des plaquettes déficientes en granules (Fig. 3) et leurs plaquettes ne possèdent pas de PF4, vWf, fibrinogène, ni P-sélectine détectables. 59 Cette observation indique que la perte de VPS33B affecte l'incorporation des protéines endogènes et endocytosées, ainsi que des protéines solubles et liées à la membrane, dans les granules α–. 59 Le nombre de granules denses dans les plaquettes déficientes en VPS33B est quelque peu augmenté, ce qui indique que la fonction de VPS33B n'est pas critique pour la formation de granules denses. Des déficiences isolées de la formation de granules denses avec une formation normale de granules α, comme dans le syndrome d'Hermansky-Pudlak, sont bien décrites. Ces observations appuient en outre l'hypothèse selon laquelle la formation de granulés denses et de granulés « » nécessitent des machines distinctes de trafic membranaire.

Micrographies électroniques à transmission en coupe mince de plaquettes (A) d'un fœtus avec une mutation dans VPS33B et (B) de plaquettes d'un fœtus non affecté. Des granules abondants de α– indiqués par des flèches blanches dans les plaquettes de contrôle manquent dans les plaquettes avec le mutant VSP33B. Barre, 500 nm. (Adapté de Lo et al., Du sang, 106:4159�).

Cela dit, certaines mutations dans les protéines de trafic des vésicules entraînent des défauts à la fois dans la formation de granules denses et de granules, indiquant des aspects de similitude entre les deux voies. Les souris gunmetal avec une transférase Rab geranylgeranyl mutante présentent une macrothrombocytopénie avec un défaut significatif à la fois dans la production de granules et de granules denses. 61, 62 Alors que les substrats de la géranylgéranyl transférase Rab impliqués dans la formation des granules n'ont pas tous été élucidés, Rab27 est hypoprénylé chez les souris gunmetal et s'associe à la fois aux granules α– et aux granules denses. 61, 63, 64 Rab27 est une petite protéine de liaison au GTP qui régule le trafic membranaire. 65 Les souris déficientes en Rab27b présentent un nombre réduit de granules α– et des granules denses dans leurs mégacaryocytes et une altération de la formation de proplaquettes. 63 Ces observations suggèrent que Rab27b peut coordonner la formation de proplaquettes avec le transport des granules. D'autres protéines Rab, y compris Rabs 1a, 1b, 3b, 5a, 5c 6a, 7, 8, 10, 11a 14, 18, 21, 27a, 27b, 32, 37 sont présentes dans les plaquettes, associées aux membranes, et peuvent fonctionner dans trafic membranaire et formation de granules. 8 , 66

Des défauts dans la composition de la membrane peuvent également entraîner une formation aberrante de granules. Les souris dépourvues du demi-transporteur de cassette de liaison à l'ATP, ABCG5, souffrent d'une sitostérolémie, d'une accumulation de stérols végétaux circulants et d'une macrothrombocytopénie caractérisée par de grosses plaquettes avec une diminution des granules. 67 La sitostérolémie secondaire à un déficit en ABCG5 survient également chez l'homme et entraîne une macrothrombocytopénie. 68 La raison pour laquelle le système membranaire des mégacaryocytes est plus sensible que les autres cellules aux stérols végétaux est inconnue. Cependant, l'observation selon laquelle la formation de granules de α– est altérée dans cette condition peut éclairer les stratégies d'étude de la formation des membranes de granules de α–.


Coagulation

Ces réparations plus sophistiquées et plus durables sont collectivement appelées coagulation, la formation d'un caillot sanguin. Le processus est parfois caractérisé comme une cascade, car un événement provoque le suivant comme dans une cascade à plusieurs niveaux. Le résultat est la production d'un caillot gélatineux mais robuste constitué d'un maillage de fibrine— une protéine filamenteuse insoluble dérivée du fibrinogène, la protéine plasmatique introduite plus tôt — dans laquelle les plaquettes et les cellules sanguines sont piégées. La figure 1 résume les trois étapes de l'hémostase.

Figure 1. (a) Une lésion d'un vaisseau sanguin déclenche le processus d'hémostase. La coagulation du sang comporte trois étapes. Premièrement, les spasmes vasculaires rétrécissent le flux sanguin. Ensuite, un bouchon plaquettaire se forme pour sceller temporairement les petites ouvertures dans le vaisseau. La coagulation permet alors la réparation de la paroi vasculaire une fois la fuite de sang stoppée. (b) La synthèse de fibrine dans les caillots sanguins implique soit une voie intrinsèque, soit une voie extrinsèque, les deux conduisant à une voie commune. (crédit a: Kevin MacKenzie)

Facteurs de coagulation impliqués dans la coagulation

Dans la cascade de la coagulation, des substances chimiques appelées facteurs de coagulation (ou facteurs de coagulation) provoquent des réactions qui activent encore plus de facteurs de coagulation. Le processus est complexe, mais est initié selon deux voies de base :

  • La voie extrinsèque, qui est normalement déclenchée par un traumatisme.
  • La voie intrinsèque, qui commence dans la circulation sanguine et est déclenchée par des dommages internes à la paroi du vaisseau.

Les deux fusionnent en une troisième voie, appelée voie commune (voir la figure 1b). Les trois voies dépendent des 12 facteurs de coagulation connus, dont le Ca 2+ et la vitamine K (tableau 1). Les facteurs de coagulation sont principalement sécrétés par le foie et les plaquettes. Le foie a besoin de la vitamine K liposoluble pour en produire beaucoup. La vitamine K (avec la biotine et le folate) est quelque peu inhabituelle parmi les vitamines en ce qu'elle n'est pas seulement consommée dans l'alimentation, mais est également synthétisée par des bactéries résidant dans le gros intestin. L'ion calcium, considéré comme facteur IV, provient de l'alimentation et de la dégradation des os. Certaines preuves récentes indiquent que l'activation de divers facteurs de coagulation se produit sur des sites récepteurs spécifiques à la surface des plaquettes.

Les 12 facteurs de coagulation sont numérotés de I à XIII selon l'ordre de leur découverte. Le facteur VI était autrefois considéré comme un facteur de coagulation distinct, mais il est maintenant considéré comme identique au facteur V. Plutôt que de renuméroter les autres facteurs, le facteur VI a été autorisé à rester un espace réservé et également un rappel que les connaissances changent avec le temps.

Tableau 1. Facteurs de coagulation
Numéro de facteur Nom Type de molécule La source Voie(s)
je Fibrinogène Protéine plasmatique Le foie Commune convertie en fibrine
II Prothrombine Protéine plasmatique Le foie* Commune convertie en thrombine
III Thromboplastine tissulaire ou facteur tissulaire Mélange de lipoprotéines Cellules et plaquettes endommagées Extrinsèque
IV Ions calcium Ions inorganiques dans le plasma Alimentation, plaquettes, matrice osseuse La procédure Complete
V Proaccélérine Protéine plasmatique Foie, plaquettes Extrinsèque et intrinsèque
VI Non utilisé Non utilisé Non utilisé Non utilisé
VII Proconvertin Protéine plasmatique Le foie * Extrinsèque
VIII Facteur antihémolytique A Facteur de protéine plasmatique Platelets and endothelial cells Intrinsic deficiency results in hemophilia A
IX Antihemolytic factor B (plasma thromboplastin component) Plasma protein Liver* Intrinsic deficiency results in hemophilia B
X Stuart–Prower factor (thrombokinase) Protéine Liver* Extrinsic and intrinsic
XI Antihemolytic factor C (plasma thromboplastin antecedent) Plasma protein Le foie Intrinsic deficiency results in hemophilia C
XII Hageman factor Plasma protein Le foie Intrinsic initiates clotting in vitro also activates plasmin
XIII Fibrin-stabilizing factor Plasma protein Liver, platelets Stabilizes fibrin slows fibrinolysis
* Vitamin K required.

Extrinsic Pathway

The quicker responding and more direct extrinsic pathway (also known as the tissue factor pathway) begins when damage occurs to the surrounding tissues, such as in a traumatic injury. Upon contact with blood plasma, the damaged extravascular cells, which are extrinsic to the bloodstream, release factor III (thromboplastin). Sequentially, Ca 2+ then factor VII (proconvertin), which is activated by factor III, are added, forming an enzyme complex. This enzyme complex leads to activation of factor X (Stuart–Prower factor), which activates the common pathway discussed below. The events in the extrinsic pathway are completed in a matter of seconds.

Intrinsic Pathway

Les intrinsic pathway (also known as the contact activation pathway) is longer and more complex. In this case, the factors involved are intrinsic to (present within) the bloodstream. The pathway can be prompted by damage to the tissues, resulting from internal factors such as arterial disease however, it is most often initiated when factor XII (Hageman factor) comes into contact with foreign materials, such as when a blood sample is put into a glass test tube. Within the body, factor XII is typically activated when it encounters negatively charged molecules, such as inorganic polymers and phosphate produced earlier in the series of intrinsic pathway reactions. Factor XII sets off a series of reactions that in turn activates factor XI (antihemolytic factor C or plasma thromboplastin antecedent) then factor IX (antihemolytic factor B or plasma thromboplasmin). In the meantime, chemicals released by the platelets increase the rate of these activation reactions. Finally, factor VIII (antihemolytic factor A) from the platelets and endothelial cells combines with factor IX (antihemolytic factor B or plasma thromboplasmin) to form an enzyme complex that activates factor X (Stuart–Prower factor or thrombokinase), leading to the common pathway. The events in the intrinsic pathway are completed in a few minutes.

Common Pathway

Both the intrinsic and extrinsic pathways lead to the common pathway, in which fibrin is produced to seal off the vessel. Once factor X has been activated by either the intrinsic or extrinsic pathway, the enzyme prothrombinase converts factor II, the inactive enzyme prothrombin, into the active enzyme thrombin. (Note that if the enzyme thrombin were not normally in an inactive form, clots would form spontaneously, a condition not consistent with life.) Then, thrombin converts factor I, the insoluble fibrinogen, into the soluble fibrin protein strands. Factor XIII then stabilizes the fibrin clot.


Types - Bleeding Disorders

Bleeding disorders can be inherited , or they can be acquired, meaning you develop them during your lifetime. Acquired bleeding disorders are more common than inherited bleeding disorders.

You may develop a bleeding disorder if something in your body, such as a disease or a medicine, causes your body to stop making blood clotting factors or causes the blood clotting factors to stop working correctly. In addition, problems with your blood vessels can lead to bleeding.

Acquired bleeding disorders include:

Inherited bleeding disorders include the following:

  • Combined deficiency of the vitamin K–dependent clotting factors (VKCFDs), caused by a problem with clotting factors II, VII, IX, and X.
  • HémophilieUNE, a condition in which you are missing clotting factor VIII or have low levels of clotting factor VIII. Hemophilia A is the most common type of hemophilia.
  • Hemophilia B, a condition in which you are missing clotting factor IX or have low levels of clotting factor IX.
  • Hemophilia C, a rare condition also known as factor XI deficiency.
  • Von Willebrand disease (VWD), the most common inherited bleeding disorder. The different types of VWD are numbered based on how common the condition is and how severe the symptoms are. For example, VWD 1 is the most common, and symptoms are usually mild, and VWD 3 is uncommon with symptoms that are usually severe.
  • Other inherited bleeding disorders include other factor deficiencies, such as I, II, V, V + VIII, VII, X, XI, or XIII deficiencies. These rare bleeding disorders are named by the clotting factor causing the problem. is a rare inherited condition in which your blood vessels get tangled in different parts of the body, which can lead to bleeding.

Contenu

The gene for human PF4 is located on human chromosome 4. [6]

Platelet factor-4 is a 70-amino acid protein that is released from the alpha-granules of activated platelets and binds with high affinity to heparin. Its major physiologic role appears to be neutralization of heparin-like molecules on the endothelial surface of blood vessels, thereby inhibiting local antithrombin activity and promoting coagulation. As a strong chemoattractant for neutrophils and fibroblasts, PF4 probably has a role in inflammation and wound repair. [5] [7]

PF4 is chemotactic for neutrophils, fibroblasts and monocytes, and interacts with a splice variant of the chemokine receptor CXCR3, known as CXCR3-B. [8]

The heparin:PF4 complex is the antigen in heparin-induced thrombocytopenia, an idiosyncratic autoimmune reaction to the administration of the anticoagulant heparin. [9] PF4 autoantibodies have also been found in patients with thrombosis and features resembling HIT but no prior administration of heparin. [10] Antibodies against PF4 have been implicated in cases of thrombosis and thrombocytopenia subsequent to ChAdOx1 nCoV-19 vaccination (AstraZeneca) as well as Janssen COVID-19 Vaccine (Johnson & Johnson). [11] [12] This phenomenon has been termed vaccine-induced immune thrombotic thrombocytopenia (VITT). [ citation requise ]

It is increased in patients with systemic sclerosis that also have interstitial lung disease. [13]

The human platelet factor 4 kills malaria parasites within erythrocytes by selectively lysing the parasite's digestive vacuole. [14]

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This article incorporates text from the United States National Library of Medicine, which is in the public domain.


Blood Clotting

Blood clotting (coagulation) is the process by which blood vessels repair ruptures after injury. Injury repair actually begins even before clotting does, through vascular spasm, or muscular contraction of the vessel walls, which reduces blood loss. Clotting itself is a complex cascade of reactions involving platelets, enzymes , and structural protéines .

Platelets are not whole cells, but rather small packets of membrane-bounded cytoplasme . There are approximately one million platelets in a drop of blood. Damage to the lining of a blood vessel (the endothelial lining) exposes materials that cause platelets to stick to the endothelial cells additional platelets then stick to these. These aggregating platelets release factors that promote accumulation of fibrin, a circulating protein. A blood clot is a meshwork of platelets and blood cells woven together by fibrin.

Accumulation of fibrin must be tightly regulated, of course, to prevent clot formation where there is no wound. Thrombosis is an abnormal localized activation of the clotting system. Disseminated intravascular coagulation is a pathological condition in which the clotting system is activated throughout the circulatory system in response to bacterial toxins, trauma, or other stimuli. A clot may break off, forming an embolus, which can lodge in a small blood vessel, cutting off circulation. If this occurs in the heart, it may cause ischemia (lack of blood flow) or myocardial infarction (heart attack). In the lungs, it causes pulmonary embolism, with loss of capacity for oxygen exchange. In the brain, it can cause stroke.

Because of this need for tight regulation, and the need for rapid response, the clotting mechanism involves a multistep cascade of enzymes, most of whose jobs are to activate the next enzyme in the cascade. In this way, the effect of the initial stimulus (the damaged blood vessel) can be quickly magnified, as a single enzyme at the first stage activates many copies of another enzyme at the next stage, each of which activates many more at the next, and so on. At the same time, the many levels of interaction provide many points of control over the process. This coagulation cascade begins from thirty seconds to several minutes after the injury.

Coagulation can begin with either of two pathways, called the extrinsic and intrinsic pathway, both of which feed into a common pathway that completes the process. The extrinsic pathway begins with a substance called tissue factor (tissue thromboplastin) released by damaged blood vessels and surrounding tissues. In the presence of other plasma proteins (clotting factors) and calcium ions , this leads to the activation of a protein called factor X. The intrinsic pathway begins with a substance called factor XII, released by blood platelets. Through a series of additional clotting factors, and again in the presence of calcium ions, this pathway also leads to the activation of factor X. One of the necessary factors of the intrinsic pathway is called factor VIII. Une mutation dans le gène for this factor is the most common cause of hemophilia.

The common pathway begins with the activation of factor X. In the presence of calcium ions and other clotting factors, factor X activates an enzyme called prothrombin activator. This enzyme them converts the plasma protein prothrombin into thrombin. Thrombin is an enzyme that, in turn, converts fibrinogen to fibrin. Here the cascade ends, because fibrin is not an enzyme, but a fibrous protein. It forms strands that stick to the platelets and endothelial cells at the wound, forming a meshwork that, in turn, traps other cells.

Once the clot forms, contraction of the platelets pulls the edges of the wound closer together, and fresh endothelial cells then grow across it, repairing the damaged blood vessel. Over time, fibrin is degraded by plasmin. This enzyme is formed from circulating plasminogen by tissue plasminogen activator (t-PA). Synthetic t-PA is used to dissolve blood clots in stroke, myocardial infarction, pulmonary embolism, and other conditions.


Blood Coagulation and Atherothrombosis

NORMAL COAGULATION PATHWAYS

Coagulation pathways are dependent on a group of proteins termed coagulation factors that are normally present in inactive proenzyme forms ( Table 28-1 ). 1–3 The sequential activation of coagulation factors forms a coagulation cascade that eventually results in fibrin clot formation. The blood coagulation system includes two pathways composed of distinct groups of coagulation factors: the extrinsic or tissue factor-dependent pathway and the intrinsic pathway. The final step in both the extrinsic and the intrinsic pathways is the activation of factor X (fX) to factor Xa (fXa). Generation of fXa merges both pathways in a common pathway that leads to the production of the multifunctional molecule thrombin ( Fig. 28-1 ). In addition, several mechanisms to counteract the coagulation cascade exist to maintain intact blood circulation and prevent clotting. These mechanisms, including antithrombin, the protein C/protein S/thrombomodulin system, and tissue factor pathway inhibitor (TFPI), regulate the coagulation cascade at different levels to mitigate clot formation under physiologic circumstances ( Fig. 28-2 ).

Activation of the extrinsic pathway begins with binding of tissue factor (TF), a cell-surface glycoprotein, to an activated serine protease fVIIa. Exposure of TF to circulating blood is caused by disruption of the endothelial layer as in vascular injury or by heterotropic TF expression in different cell types in response to various stimuli. Small amounts of fVIIa are present (1% to 2%) and circulate in the blood. 4 TF on the cell surface binds to free fVIIa in the plasma to form the TF/fVIIa complex. 5–7 Both proteins possess low enzymatic activity in their free forms, but the TF/fVIIa complex acts as a potent enzyme to further activate free fVII to generate fVIIa, producing more TF/fVIIa complexes to amplify the initial trigger (TF-mediated fVII autoactivation). The TF/fVIIa complex then activates fX to yield fXa, either directly or indirectly by initially converting fIX to fIXa, which subsequently activates fX in the presence of fVIIIa.

The intrinsic pathway is triggered by the autoactivation of fXII to fXIIa, which subsequently initiates the cascade of sequential activation of fXI and fIX to generate fIXa. Then fIXa catalyzes the conversion of fX to fXa, but this reaction requires an activated form of another coagulation factor fVIIIa, which is generated by thrombin-mediated activation of fVIII.

Factor Xa, the end product of both the extrinsic and intrinsic pathways, triggers the common pathway of coagulation by converting prothrombin to thrombin, which in turn initiates formation of fibrin from fibrinogen. The conversion of prothrombin to thrombin requires a cofactor fVa, which is produced by thrombin-mediated activation of fV. Thrombin also activates fXIII to form fXIIIa, which catalyzes the formation of cross-linked fibrin polymer.

Antithrombin (antithrombin III) is a plasma protease inhibitor that inactivates thrombin and other activated coagulation factors in the intrinsic and common pathways by binding to the active site of these enzymes. The anticoagulant heparin's major mechanism of action is to accelerate the formation of these neutralizing complexes.

Protein C is a plasma glycoprotein that is activated by thrombin, and activated protein C (APC) is a potent anticoagulant that inactivates fVa and fVIIIa through the thrombin-thrombomodulin complex. The thrombin-induced activation of protein C occurs physiologically on thrombomodulin, a transmembrane proteoglycan-binding site for thrombin on endothelial cell surfaces. The rate of this reaction is increased by a cofactor, protein S, which increases the affinity of APC for phospholipids in the formation of the membrane-bound protein Case complex ( Fig. 28-3 ).

TFPI is the endogenous inhibitor of the TF/fVIIa complex ( Fig. 28-4 ). TFPI is a multivalent Kunitz-type serine protease inhibitor, consisting of three tandem Kunitz domains, which exerts inhibitory effects against the TF/fVIIa complex and fXa, thereby regulating the extrinsic pathway of coagulation. 8 Endothelial cells are the principal source of plasma TFPI. 9–11

It has recently been recognized that the coagulation mechanism involves the assembly of multiprotein complexes on the phospholipid cellular membrane, including the extrinsic and intrinsic Xase (tenase) complex, prothrombinase complex, and protein Case complex ( Fig. 28-3 , Table 28-2 ). Each complex consists of an enzyme, its zymogen substrate, and its cofactor on the phospholipid membrane surface. The formation of these complexes on the cell membrane surface promotes the reactions in the coagulation and anticoagulation pathways.


The Blood-Clot Problem Is Multiplying

For weeks, Americans looked on as other countries grappled with case reports of rare, sometimes fatal blood abnormalities among those who had received the AstraZeneca vaccine against COVID-19. That vaccine has not yet been authorized by the FDA, so restrictions on its use throughout Europe did not get that much attention in the United States. But Americans experienced a rude awakening this week when public-health officials called for a pause on the use of the Johnson & Johnson vaccine, after a few cases of the same, unusual blood-clotting syndrome turned up among the millions of people in the country who have received it.

The world is now engaged in a vaccination program unlike anything we have seen in our lifetimes, and with it, unprecedented scrutiny of ultra-rare but dangerous side effects. An estimated 852 million COVID-19 vaccine doses have been administered across 154 countries, according to data collected by Bloomberg. Last week, the European Medicines Agency, which regulates medicines in the European Union, concluded that the unusual clotting events were indeed a side effect of the AstraZeneca vaccine by that point, more than 220 cases of dangerous blood abnormalities had been identified. Only half a dozen cases have been documented so far among Americans vaccinated with the Johnson & Johnson vaccine, and a causal link has not yet been established. But the latest news suggests that the scope of this problem might be changing.

Whether the blood issues are ultimately linked to only one vaccine, or two vaccines, or more, it’s absolutely crucial to remember the unrelenting death toll from the coronavirus itself—and the fact that COVID-19 can set off its own chaos in the circulatory system, with blood clots showing up in “almost every organ.” That effect of the disease is just one of many reasons the European Medicines Agency has emphasized that the “overall benefits of the [AstraZeneca] vaccine in preventing COVID-19 outweigh the risks of side effects.” The same is true of Johnson & Johnson’s. These vaccines are saving countless lives across multiple continents.

But it’s also crucial to determine the biological cause of any vaccine-related blood conditions. This global immunization project presents a lot of firsts: the first authorized use of mRNA vaccines like the ones from Pfizer and Moderna the first worldwide use of adenovirus vectors for vaccines like AstraZeneca’s, Johnson & Johnson’s, and Sputnik V and the first attempt to immunize against a coronavirus. Which, if any, of these new frontiers might be linked to serious side effects? Which, if any, of the other vaccines could be drawn into this story, too? How can a tiny but disturbing risk be mitigated as we fight our way out of this pandemic? And what might be the implications for vaccine design in the years to come?

To answer these questions, scientists will have to figure out the biology behind this rare blood condition: what exactly causes it when and why it happens. This is not an easy task. While the evidence available so far is fairly limited, some useful theories have emerged. The notions listed below are not all in competition with one another: Some are overlapping—or even mutually reinforcing—in important ways. And their details matter quite a bit. A better understanding of the cause of this condition may allow us to predict its reach.

Theory 1: Platelet Problems

The leading theory behind the blood abnormalities associated with the AstraZeneca vaccine traces to a case from late February. A 49-year-old nurse in Austria who had received the vaccine developed clotting in her veins and arteries, along with a low platelet count. That’s an odd combination: Platelets are like the bricks of the clotting system, held together with a mortar of molecules called coagulation factors when your body has a shortage of these bricks, it typically has a hard time building clots.

There are a couple of exceptions, though, as the science journalists Kai Kupferschmidt and Gretchen Vogel explained in March. In a condition called disseminated intravascular coagulation, so much clotting occurs that circulating platelets get used up. A rare reaction to a blood-thinning drug called heparin, which is safely prescribed to millions of people in the U.S. every year, can also produce the same signal. When that occurs, heparin attaches itself to a molecule called platelet factor 4, which is released by damaged platelets. The body mistakenly treats this complex as a pathogen before going on to attack the platelet cells directly, which sometimes leads to clots.

A hematologist named Sabine Eichinger first treated the nurse in Austria. She had an inkling that the problem resembled the heparin reaction, so she reached out to Andreas Greinacher at the University of Greifswald in Germany, who has published extensively on that topic over the past three decades. Other, similar cases following immunization with the AstraZeneca vaccine had emerged, and Greinacher rallied his team. They put in 18-hour days in the lab to analyze the patients’ blood samples.

Last Friday, Greinacher and his team published a paper on their findings in the Journal de médecine de la Nouvelle-Angleterre. In a press briefing, he said they’d analyzed blood from several dozen people who had experienced blood abnormalities after exposure to the AstraZeneca vaccine, and that every single person tested positive for antibodies against platelet factor 4, and against platelet factor 4 joined with another molecule.

On the same day, a separate group in Norway published similar findings from five patients there who had received the AstraZeneca vaccine. Then, in a meeting this week of the Advisory Committee on Immunization Practices, which helps the CDC make vaccine recommendations, it was reported that five of the six American patients who developed this same blood condition after receiving the Johnson & Johnson shot had been tested for antibodies to platelet factor 4—and all were positive. “It is, in my opinion, absolutely clear that there’s a causal relationship” between the presence of these antibodies and the abnormal clotting, Greinacher had said at last Friday’s briefing. “There’s no doubt about this.”

Greinacher has given the blood condition the tongue-twisting moniker of “vaccine-induced immune thrombotic thrombocytopenia” or VITT. A lot remains to be confirmed, but if this theory is borne out, scientists will have to determine whether the AstraZeneca vaccine is the only one—or whether the AstraZeneca and Johnson & Johnson vaccines are the only two—that can generate this haywire autoimmune response. Greinacher’s theory has a vital, near-term implication too: Patients who present with blood clots are often given heparin as treatment if what they have is really VITT, then this standard treatment may only make things worse.

Theory 2: The Spike’s the Problem

If the theory above is correct, then some unknown component of a COVID-19 vaccine can, in very rare situations, spur an autoimmune reaction against platelet factor 4. One potential culprit is the all-important spike protein—the one used by coronaviruses to infect cells, and involved in every available COVID-19 vaccine as a training target for the immune system. As it happens, the structure of the platelet factor 4 molecule has some similarities, in its curves and crevices, with that of the spike protein. In other words, training up the body to go after the spike protein could yield antibodies that stick to clotting-related proteins too.

Greinacher does not believe this to be true. In an article posted online, which has not yet been published in a scientific journal, he and others found no evidence that the troubling antibodies found in people with VITT were also binding to the spike protein. That’s “fantastic news,” he said in last Friday’s press briefing, because “otherwise there would have been the risk that many other vaccines might have caused the same problem.”

But others think the role of the spike protein warrants further examination. Michel Goldman, an immunologist at the Free University of Brussels and a former director of Europe’s Innovative Medicines Initiative, told me that unvaccinated people with severe COVID-19 have aussi experienced strange clotting events that mimic what happens in the heparin-related autoimmune disorder. He speculates that the spike protein could be the source of this problem—but not because it looks a bit like platelet factor 4.

It’s possible, he says, that the spike protein interacts with platelets directly and causes them to secrete platelet factor 4. One mouse study published last year by scientists in China found that the spike protein could indeed activate platelets that had been engineered to carry a cell receptor for the coronavirus. Meanwhile, another study from December, not yet published in a journal, suggests that the spike protein can damage the cells that line our blood vessels. Goldman noted that these cells, when perturbed, are known to release molecules that bind to platelet factor 4, which might in turn become a target for rogue antibodies. All of this could potentially contribute to the symptoms seen in VITT.

If the spike protein is involved in the blood disorders that are now under investigation—and that is a gigantic “if”—that isn’t necessarily bad news for all COVID-19 vaccines. While it’s true that each one deploys the coronavirus spike protein, they don’t all use the same version. The Pfizer, Moderna, and Johnson & Johnson vaccines, for example, have a modification in the spike protein that keeps it stabilized and elongated. “The only EMA-approved vaccine that includes a nonstabilized form of the spike is the AstraZeneca vaccine,” Goldman said.

Theory 3: A Suspect Sequence

The AstraZeneca vaccine is built from a non-replicating version of a virus that is thought to be harmless to people, and has been engineered to produce the coronavirus spike protein. That’s the “adenovirus vector” approach, also used in the Johnson & Johnson vaccine, and in Russia’s Sputnik V. But AstraZeneca’s differs from the others’ in that its engineered virus has also been fitted with a small portion of the genetic sequence for a molecule called tissue plasminogen activator, or tPA. When naturally produced in the body, tPA is thought to have a role in regulating normal blood-clotting processes. A manufactured form of the same molecule is often given as a clot-busting drug to people who have suffered strokes. The AstraZeneca vaccine uses a snippet of the gene for tPA that boosts production of the spike protein, with the aim of producing a stronger immune response. *

Some scientists in Europe have wondered whether AstraZeneca’s inclusion of a partial tPA sequence could throw off normal clotting. The European Medicines Agency said in March that there is insufficient evidence to support this theory. And if tPA étaient somehow involved in the strange blood disorder, there’s no reason to expect that the same problem would show up among people who received vaccines that don’t include the sequence, such as Johnson & Johnson’s.

It’s possible that some other aspect of the adenovirus technology might be in play, which would explain why the only two vaccines to raise major red flags so far both use that delivery system. A couple of past laboratory studies of blood cells have found evidence that adenoviruses can trigger platelets to secrete clotting-related molecules. Still, it’s important to remember that regulators have not yet confirmed a causal link between the unusual blood disorder and the Johnson & Johnson vaccine.

Theory 4: The Mixed Bag

It could be that lots of things are going on at once. We shouldn’t assume that the same thing is happening in every affected patient, says David Lee, an emergency-medicine doctor at NYU Langone Health. “When you just say, ‘Hey, everybody who had a clotting issue, yeah, let’s pile up all those cases,’ you’re mixing a bag,” he told me. Lee and others have shown that COVID-19 patients produce many different antibodies that go after the body’s own proteins, including one that gloms onto a clotting molecule called annexin A2. If platelet factor 4 is involved in some cases of abnormal clotting after vaccination, Lee said, then annexin A2 or other factors might play important roles in others. He pointed, for example, to another molecule involved in clotting, called fibrinogen. The molecule shows up at abnormal levels both in people with severe COVID-19 and some of those who have suffered rare blood disorders following the AstraZeneca vaccine.

Lee is not alone in thinking that this story might have many different plots. Saskia Middeldorp, a vascular internist at Radboud University Medical Center in the Netherlands, says she was initially convinced by the VITT theory. “I was really, really excited because I figured, ‘Wow, now we’ve got a case definition. It’s not great, of course, that this is occurring, but we know better what to do.’” But when she and her colleagues analyzed blood samples from one Dutch patient who developed strange blood issues after receiving the AstraZeneca vaccine, they did not find antibodies against platelet factor 4. (Greinacher says there might be differences in the laboratory assays used to detect the antibodies, which could explain the different results.)

At any rate, it’s clear that multiple mechanisms could lead to the formation of clots when people get sick with COVID-19. That’s one reason it’s so much safer to develop immunity from vaccination than from being naturally infected, according to David Kaslow, the vice president for essential medicines at PATH, a Seattle nonprofit. When your body is presented with one specific portion of a virus—the spike protein, for example—there may be some tiny risk of immune dysfunction. But this is far, far better than the alternative, where the body is exposed to a full pathogen. Natural infections may lead to all sorts of unexpected effects, including platelet damage and abnormal blood clots. A vaccine that whittles down the virus to a single subcomponent is a huge benefit, Kaslow says, because it provides fewer opportunities for something to go wrong.

Setting aside the question of whether it was good policy to pause the use of the Johnson & Johnson vaccine in the U.S., or to limit the use of AstraZeneca in Europe, more information is likely to emerge in the coming weeks.

The Vaccine Safety Datalink, a collaboration between the CDC and nine large health-care organizations tracking data from anonymized medical records of millions of patients, was already watching for some clotting events, according to Ed Belongia, an investigator with the program and the director of the Center for Clinical Epidemiology and Population Health at Marshfield Clinic Research Institute, in Wisconsin. He told me the Vaccine Safety Datalink had not identified a risk from any of the three vaccines now authorized for emergency use in the U.S. The program is in the process of adding an alert for cerebral venous sinus thrombosis, the form of clotting that turned up in the six Americans who received the Johnson & Johnson vaccine.

The pandemic is still raging around the globe, and there is a real urgency to solve the riddle of the rare blood abnormalities linked to the AstraZeneca shot, and to figure out whether other vaccines carry the same risk. But recent history suggests that health officials might have to decide whether to restrict or resume vaccinations before scientists reach agreement. During the swine-flu pandemic of 2009, for example, a vaccine known as Pandemrix was given in Europe, and then some evidence emerged in Finland that it might be linked to narcolepsy. (The vaccine never became available in the U.S., and it’s no longer manufactured.) Although many scientists consider the narcolepsy risk well established, there is still no consensus on this point.

The wrath of COVID-19 will likely stretch into the years ahead, and it’s plausible that the debate over risks related to COVID-19 vaccines will do the same. The 2009 swine-flu strain never really went away, and many scientists now believe that this coronavirus is here to stay as well. But the current pandemic is unlike any public-health crisis in our lifetimes, and it has led to an unprecedented pace of scientific progress. This could lead us to a quicker, more definitive resolution of the vaccine-related clotting issue. If that happens, what’s been learned will help us continue to navigate the promises and pitfalls of new vaccine technologies, and it might even shed light on how clotting goes awry because of COVID-19 itself.

* This article previously misstated that the snippet of the gene for tPA included in the AstraZeneca vaccine is noncoding. In fact, that snippet is translated into protein, but the resulting protein segment doesn’t have the biological activity of tPA itself and is not thought to appear in the final version of the spike protein.