Abstract In vulnerable atherosclerotic plaques intraplaque hemorrhages (IPH) result in hemolysis of red blood cells and release of hemoglobin and free hemin. Hemin activates platelets and leads to thrombosis. Agonism of the inhibitory platelet receptor ACKR3 inhibits hemin-dependent platelet activation and thrombus formation. To characterize the effect of hemin and ACKR3 agonism on isolated human platelets, multi-color flow cytometry and classical experimental setup such as light transmission aggregometry and a flow chamber assay have been used. Hemin induces platelet aggregation and ex vivo platelet-dependent thrombus formation on immobilized collagen under low shear rate 500 s -1 indicating that free hemin is a strong activator for platelet-dependent thrombosis. Recently, we described that ACKR3 is a prominent inhibitory receptor of platelet activation. Specific ACKR3 agonists but not conventional antiplatelet compounds such as COX-1 inhibitor (indomethacin), ADP-receptor blocker (cangrelor), or PAR1 inhibitor (ML161) inhibit both hemin-dependent aggregation and thrombus formation. To further characterize the effect of hemin on platelet subpopulations we established a multi-color flow cytometry assay. We found that hemin induces procoagulant (CD42b pos / PAC-1 neg / AnnexinV pos ), aggregatory (CD42b pos / PAC-1 pos / AnnexinV neg ) and inflammatory (CD42b pos / CXCR4 pos /ACKR3 pos / AnnexinV pos ) platelet subpopulations. Treatment with ACKR3 agonists significantly decrease the formation of procoagulant and ACKR3 pos platelets in response to hemin. We conclude that hemin is a strong activator for the formation of procoagulant platelets and thrombus formation which is dependent on the function of ACKR3. Activation of ACKR3 through specific agonists may offer a therapeutic strategy to control vulnerability of atherosclerotic plaques in areas of IPH. Graphical abstract Intraplaque hemorrhages (IPH) results in hemolysis and liberation of iron containing heme and its oxidized metabolite hemin. Hemin activates platelets and has strong pro-thrombotic activity. Agonism of the atypical chemokine receptor 3 (ACKR3) inhibits hemin-induced platelet activation.

Abstract Background Platelet receptors ACKR3 and CXCR4 play a crucial role in a variety of cardio-vascular diseases. Like most chemokine receptors, CXCR4 is a G protein coupled receptor that induces platelet activation. In contrast, the atypical chemokine receptor 3 (ACKR3) lacks the ability to activate heterotrimeric G proteins and its activation leads to platelet inhibition and attenuates thrombus formation. In nucleated cells, heterodimerization of ACKR3 with CXCR4 regulates CXCL12-dependent signaling. The aim of our study was to investigate the formation of ACKR3/CXCR4 heterodimers in platelets and the subsequent consequences for platelet function. Methods and results Using a microscopy proximity ligation assay (PLA, Duolink ® ) to screen for CXCR4/ACKR3 heterodimerization inducing compounds, we found that ACKR3 agonism but not conventional platelet agonists or endogen ligands lead to heterodimer formation. To further characterize the formation of ACKR3/CXCR4 heterodimers, we studied the CXCL12-dependent platelet activation via CXCR4. Both, CXCL12-dependent platelet aggregation and collagen-dependent ex vivo thrombus formation were significantly downregulated by ACKR3 agonism. Moreover, platelet intracellular calcium and Akt signaling were increased by CXCL12 and again suppressed by ACKR3-specific agonists. Previously, CXCL12 was shown to decrease platelet cAMP levels via CXCR4. Treatment with a specific ACKR3 agonist counteracted this CXCL12/CXCR4-dependent cAMP decrease. Conclusion Our results reveal that the formation of platelet ACKR3/CXCR4 heterodimers is dependent on ACKR3 rather than CXCR4. Furthermore, ACKR3 agonism induced heterodimerization is associated with mitigating CXCL12/CXCR4-dependent platelet activation possibly by modulating CXCR4-dependent G protein signaling. Our results indicate possible ACKR3 agonist functions and reinforce the potential therapeutic applications of ACKR3 agonists. Abstract Figure Graphical abstract: CXCR4/ACKR3 heterodimerization in platelets.

BACKGROUND: Cardiac hypertrophy is characterized by remodeling of the myocardium, which involves alterations in the ECM (extracellular matrix) and cardiomyocyte structure. These alterations critically contribute to impaired contractility and relaxation, ultimately leading to heart failure. Emerging evidence implicates that extracellular signaling molecules are critically involved in the pathogenesis of cardiac hypertrophy and remodeling. The immunophilin CyPA (cyclophilin A) has been identified as a potential culprit. In this study, we aimed to unravel the interplay between eCyPA (extracellular CyPA) and myocardial dysfunction and evaluate the therapeutic potential of inhibiting its extracellular accumulation to improve heart function. METHODS: Employing a multidisciplinary approach encompassing in silico, in vitro, in vivo, and ex vivo experiments we studied a mouse model of cardiac hypertrophy and human heart specimen to decipher the interaction of CyPA and the cardiac microenvironment in highly relevant pre-/clinical settings. Myocardial expression of CyPA (immunohistology) and the inflammatory transcriptome (NanoString) was analyzed in human cardiac tissue derived from patients with nonischemic, noninflammatory congestive heart failure (n=187). These analyses were paralleled by a mouse model of Ang (angiotensin) II–induced heart failure, which was assessed by functional (echocardiography), structural (immunohistology, atomic force microscopy), and biomolecular (Raman spectroscopy) analyses. The effect of inhibiting eCyPA in the cardiac microenvironment was evaluated using a newly developed neutralizing anti-eCyPA monoclonal antibody. RESULTS: We observed a significant accumulation of eCyPA in both human and murine-failing hearts. Importantly, higher eCyPA expression was associated with poor clinical outcomes in patients ( P =0.043) and contractile dysfunction in mice (Pearson correlation coefficient, −0.73). Further, myocardial expression of eCyPA was critically associated with an increase in myocardial hypertrophy, inflammation, fibrosis, stiffness, and cardiac dysfunction in vivo. Antibody-based inhibition of eCyPA prevented (Ang II)-induced myocardial remodeling and dysfunction in mice. CONCLUSIONS: Our study provides strong evidence of the pathogenic role of eCyPA in remodeling, myocardial stiffening, and dysfunction in heart failure. The findings suggest that antibody-based inhibition of eCyPA may offer a novel therapeutic strategy for nonischemic heart failure. Further research is needed to evaluate the translational potential of these interventions in human patients with cardiac hypertrophy.

ACKR3, an atypical chemokine receptor, has been associated with prothrombotic events and the development of cardiovascular events. We designed, synthesized, and evaluated a series of novel small molecule ACKR3 agonists. Extensive structure–activity relationship studies resulted in several promising agonists with potencies ranging from the low micromolar to nanomolar range, for example, 23 (EC50 = 111 nM, Emax = 95%) and 27 (EC50 = 69 nM, Emax = 82%) in the β-arrestin-recruitment assay. These compounds are selective for ACKR3 versus ACKR2, CXCR3, and CXCR4. Several agonists were subjected to investigations of their P-selectin expression reduction in the flow cytometry experiments. In particular, compounds 23 and 27 showed the highest potency for platelet aggregation inhibition, up to 80% and 97%, respectively. The most promising compounds, especially 27, exhibited good solubility, metabolic stability, and no cytotoxicity, suggesting a potential tool compound for the treatment of platelet-mediated thrombosis.

Abstract To fulfil their orchestrating function in immune cell trafficking in homeostasis and disease, a network of 49 chemokines and 23 receptors capitalizes on features of specificity, redundancy, and functional selectivity such as biased agonism. The discovery of the chemokine interactome, i.e. heteromeric chemokine-chemokine interactions, even across CC- and CXC-class borders, has further expanded the complexity within the network. Moreover, some inflammatory mediators, which are not structurally linked to classical CC-, CXC-, CX 3 C-, or C-chemokines, can bind to chemokine receptors and behave as atypical chemokines (ACKs). We identified the cytokine macrophage migration inhibitory factor (MIF) as an ACK that binds to the chemokine receptors CXCR2 and CXCR4 to promote atherogenic leukocyte recruitment. Here, we hypothesized that chemokine-chemokine interactions extend to ACKs and that MIF may form heterocomplexes with classical chemokines. We tested this hypothesis, applying an unbiased chemokine protein binding array. The platelet chemokine CXCL4L1, but not its variant CXCL4 or the CXCR2/CXCR4 ligands CXCL8 or CXCL12, was identified as a candidate interactor. MIF/CXCL4L1 complexation was verified by co-immunoprecipitation, surface plasmon-resonance analysis, and microscale thermophoresis, which also established high-affinity binding (K D ≍100-150 nM). The binding interface was predicted by peptide array-based mapping and molecular docking. We next determined whether heterocomplex formation modulates inflammatory and atherogenic activities of MIF. MIF-elicited T-cell chemotaxis as assessed in a 3D-matrix-based live cell-imaging set-up was abrogated, when cells were co-incubated with MIF and CXCL4L1. Heterocomplexation also blocked MIF-triggered migration of Egfp + microglia in cortical cultures in situ . Of note, CXCL4L1 blocked the binding of Alexa-MIF to a soluble ectodomain mimic of CXCR4 and co-incubation with CXCL4L1 attenuated MIF-triggered dynamic mass redistribution in HEK293-CXCR4 transfectants, indicating that complex formation interferes with MIF/CXCR4 pathways. As MIF and CXCL4L1 are abundant platelet products, we finally tested their role in platelet activation. Multi-photon microscopy, FLIM- FRET, and proximity ligation assay visualized heterocomplexes in platelet aggregates and clinical human thrombus sections. Moreover, heterocomplex formation inhibited MIF- stimulated thrombus formation under flow and skewed the morphology of adhering platelets from a large to a small lamellipodia phenotype. Together, our study establishes a novel molecular interaction, adding to the complexity of the chemokine interactome and chemokine/receptor network. MIF/CXCL4L1, or more generally, ACK/CXC-motif chemokine heterocomplexes may be promising target structures to modulate inflammation and thrombosis.