The complete N-terminal extension of heparin cofactor II is required for maximal effectiveness as a thrombin exosite 1 ligand
Research article published in BMC biochemistry (2013)
Abstract
BACKGROUND: Heparin cofactor II (HCII) is a circulating protease inhibitor, one which contains an N-terminal acidic extension (HCII 1-75) unique within the serpin superfamily. Deletion of HCII 1-75 greatly reduces the ability of glycosaminoglycans (GAGs) to accelerate the inhibition of thrombin, and abrogates HCII binding to thrombin exosite 1. While a minor portion of HCII 1-75 can be visualized in a crystallized HCII-thrombin S195A complex, the role of the rest of the extension is not well understood and the affinity of the HCII 1-75 interaction has not been quantitatively characterized. To address these issues, we expressed HCII 1-75 as a small, N-terminally hexahistidine-tagged polypeptide in E. coli. RESULTS: Immobilized purified HCII 1-75 bound active α-thrombin and active-site inhibited FPR-ck- or S195A-thrombin, but not exosite-1-disrupted γT-thrombin, in microtiter plate assays. Biotinylated HCII 1-75 immobilized on streptavidin chips bound α-thrombin and FPR-ck-thrombin with similar KD values of 330-340 nM. HCII 1-75 competed thrombin binding to chip-immobilized HCII 1-75 more effectively than HCII 54-75 but less effectively than the C-terminal dodecapeptide of hirudin (mean Ki values of 2.6, 8.5, and 0.29 μM, respectively). This superiority over HCII 54-75 was also demonstrated in plasma clotting assays and in competing the heparin-catalysed inhibition of thrombin by plasma-derived HCII; HCII 1-53 had no effect in either assay. Molecular modelling of HCII 1-75 correctly predicted those portions of the acidic extension that had been previously visualized in crystal structures, and suggested that an α-helix found between residues 26 and 36 stabilizes one found between residues 61-67. The latter region has been previously shown by deletion mutagenesis and crystallography to play a crucial role in the binding of HCII to thrombin exosite 1. CONCLUSIONS: Assuming that the KD value for HCII 1-75 of 330-340 nM faithfully predicts that of this region in intact HCII, and that 1-75 binding to exosite 1 is GAG-dependent, our results support a model in which thrombin first binds to GAGs, followed by HCII addition to the ternary complex and release of HCII 1-75 for exosite 1 binding and serpin mechanism inhibition. They further suggest that, in isolated or transferred form, the entire HCII 1-75 region is required to ensure maximal binding of thrombin exosite 1.
Abstract aus PubMed (NCBI) für den zitierten Eintrag, in der Originalsprache wiedergegeben. Maßgeblich ist die Fassung der Originalpublikation.
Das Abstract wird nicht übersetzt, damit die eigene Wortwahl der Autoren erhalten bleibt.
Zusammenfassung
Recombinant HCII 1-75 bound thrombin exosite 1 with KD 330-340 nM and competed for binding less potently than hirudin's C-terminal dodecapeptide (Ki 2.6 versus 0.29 μM), indicating the entire extension is required for maximal exosite 1 engagement.
Kontext
Diese Studie exprimierte und charakterisierte die vollständige N-terminale Verlängerung (Residuen 1–75) des Heparin-Cofaktors II als Liganden der Thrombin-Exosite 1 und fand, dass dieser α-Thrombin mit KD-Werten von 330–340 nM band und dass die gesamte Region 1–75 für maximale Bindungswirksamkeit erforderlich war. Das C-terminale Dodecapeptid von Hirudin diente als Vergleichsligand und zeigte eine überlegene kompetitive Hemmung (mittlere Ki ~0,29 μM versus 2,6 μM für HCII 1–75) in Thrombin-Bindungsassays. Die Arbeit ist biochemisch und enthält keine In-vivo-Komponente.
Verwandte Verbindungen im ASH-Register
Aus dem Blutegel stammende Moleküle und aus Hirudin abgeleitete Arzneimittel, die zum Thema dieser Arbeit gehören, jeweils mit vollständigem Profil im ASH-Verbindungsregister:
Zitation
Literaturangabe (Vancouver-Stil)
Boyle AJ, Roddick LA, Bhakta V, Lambourne MD, Junop MS, Liaw PC, et al. The complete N-terminal extension of heparin cofactor II is required for maximal effectiveness as a thrombin exosite 1 ligand. BMC Biochem. 2013;14:6. doi:10.1186/1471-2091-14-6. PMID: 23496873
Die bibliografischen Angaben (Autoren, Band, Seiten, DOI) stammen aus dem PubMed-Eintrag.
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