Amerikanische Gesellschaft für Hirudotherapie

The variable region-1 from tissue-type plasminogen activator confers specificity for plasminogen activator inhibitor-1 to thrombin by facilitating catalysis: release of a kinetic block by a heterologous protein surface loop

Research article published in Journal of molecular biology (1999)

Zuletzt aktualisiert: June 18, 2026Geprüft von: ASH Editorial Board
Research article — evidence reviewArticle reference
Evidence: Research reportArzneimittelentwicklungSpeichel-PharmakologieDekker RJ et al. · Journal of molecular biology, 1999

Abstract

Substitution of the native variable region-1 (VR1/37-loop) of thrombin by the corresponding VR1 of tissue-type plasminogen activator (thrombin-VR1(tPA)) increases the rate of inhibition by plasminogen activator inhibitor type 1 (PAI-1) by three orders of magnitude, and is thus sufficient to confer PAI-1 specificity to a heterologous serine protease. A structural and kinetical approach to establish the function of the VR1 loop of t-PA in the context of the thrombin-VR1(tPA) variant is described. The crystal structure of thrombin-VR1(tPA) was resolved and showed a conserved overall alpha-thrombin structure, but a partially disordered VR1 loop as also reported for t-PA. The contribution of a prominent charge substitution close to the active site was studied using charge neutralization variants thrombin-E39Q(c39) and thrombin-VR1(tPA)-R304Q(c39), resulting in only fourfold changes in the PAI-1 inhibition rate. Surface plasmon resonance revealed that the affinity of initial reversible complex formation between PAI-1 and catalytically inactive Ser195-->Ala variants of thrombin and thrombin-VR1(tPA) is only increased fivefold, i.e. KD is 652 and 128 nM for thrombin-S195A and thrombin-S195A-VR1(tPA), respectively. We established that the partition ratio of the suicide substrate reaction between the proteases and PAI-1 was largely unaffected in any variant studied. Hirugen allosterically decreases the rate of thrombin inhibition by PAI-1 2.5-fold and of thrombin-VR1(tPA) 20-fold, by interfering with a unimolecular step in the reaction, not by decreasing initial complex formation or by altering the stoichiometry. Finally, kinetic modeling demonstrated that acylation is the rate-limiting step in thrombin inhibition by PAI-1 (k approximately 10(-3) s(-1)) and this kinetic block is alleviated by the introduction of the tPA-VR1 into thrombin (k>1 s(-1)). We propose that the length, flexibility and different charge architecture of the VR1 loop of t-PA invoke an induced fit of the reactive center loop of PAI-1, thereby enhancing the rate of acylation in the Michaelis complex between thrombin-VR1(t-PA) and PAI-1 by more than two orders of magnitude.

Abstract sourced from PubMed (NCBI) for the cited record. See the original publication for the authoritative version.

Publication typeJournal ArticleResearch Support, Non-U.S. Gov't
Indexed MeSH termsAcylationAllosteric RegulationAmino Acid SequenceAmino Acid SubstitutionBinding SitesCatalysisCatalytic DomainCrystallizationCrystallography, X-RayHirudinsHumansKinetics

Zusammenfassung

Substitution of the native variable region-1 (VR1/37-loop) of thrombin by the corresponding VR1 of tissue-type plasminogen activator (thrombin-VR1(tPA)) increases the rate of inhibition by plasminogen activator inhibitor type 1 (PAI-1) by three orders of magnitude, and is thus sufficient to confer PAI-1 specificity ...

Warum dies für die Hirudotherapie relevant ist

Diese strukturelle und kinetische Studie zeigte, dass der Ersatz der nativen variablen Region-1 des Thrombins (VR1/37-Schleife) durch die entsprechende Schleife des gewebespezifischen Plasminogenaktivators die Geschwindigkeit der Thrombinhemmung durch PAI-1 um etwa drei Größenordnungen erhöht, und nutzte Kristallographie, Oberflächenplasmonresonanz und kinetische Modellierung, um dies einer schnelleren Acylierung statt einer festeren anfänglichen Bindung zuzuschreiben. Ihre Verbindung zur Blutegelgeschichte besteht darin, dass die Experimente hirugen — ein synthetisches Peptid, das dem C-Terminus des Blutegel-Gerinnungshemmers hirudin nachempfunden ist — als allosterische Sonde für das Fibrinogen-Erkennungs-Exosite des Thrombins verwenden und so veranschaulichen, wie aus dem Blutegel abgeleitete Chemie als Forschungswerkzeug zur Aufklärung der Thrombinregulation dient. Dies ist grundlegende Enzymologie an gentechnisch veränderten Thrombinvarianten; sie fördert das mechanistische Verständnis der Serinprotease-Hemmung und ist keine Studie zur Blutegeltherapie oder zu irgendeiner klinischen Behandlung.

Zitation

The variable region-1 from tissue-type plasminogen activator confers specificity for plasminogen activator inhibitor-1 to thrombin by facilitating catalysis: release of a kinetic block by a heterologous protein surface loop

Dekker RJ et al. · Journal of molecular biology, 1999

Verwandter klinischer Kontext

Zur ASH-Bibliothek hinzugefügt: May 27, 2026 · Letzte Aktualisierung der Website: June 18, 2026

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