Der Einbau nichtkodierter Aminosäuren in die N-terminale Domäne 1-47 des Hirudins ergibt einen hochwirksamen und selektiven Thrombininhibitor

Hirudin is an anticoagulant polypeptide isolated from a medicinal leech that inhibits thrombin with extraordinary potency (Kd = 0.2-1.0 pM) and selectivity. Hirudin is composed of a compact N-terminal region (residues 1-47, cross-linked by three disulfide bridges) that binds to the active site of thrombin, and a flexible C-terminal tail (residues 48-64) that interacts with the exosite I of the enzyme. To minimize the sequence of hirudin able to bind thrombin and also to improve its therapeutic profile, several N-terminal fragments have been prepared as potential anticoagulants. However, the practical use of these fragments has been impaired by their relatively poor affinity for the enzyme, as given by the increased value of the dissociation constant (Kd) of the corresponding thrombin complexes (Kd = 30-400 nM). The aim of the present study is to obtain a derivative of the N-terminal domain 1-47 of hirudin displaying enhanced inhibitory potency for thrombin compared to the natural product. In this view, we have synthesized an analogue of fragment 1-47 of hirudin HM2 in which Val1 has been replaced by tert-butylglycine, Ser2 by Arg, and Tyr3 by beta-naphthylalanine, to give the BugArgNal analogue. The results of chemical and conformational characterization indicate that the synthetic peptide is able to fold efficiently with the correct disulfide topology (Cys6-Cys14, Cys16-Cys28, Cys22-Cys37), while retaining the conformational properties of the natural fragment. Thrombin inhibition data indicate that the effects of amino acid replacements are perfectly additive if compared to the singly substituted analogues (De Filippis V, Quarzago D, Vindigni A, Di Cera E, Fontana A, 1998, Biochemistry 37:13507-13515), yielding a molecule that inhibits the fast or slow form of thrombin by 2,670- and 6,818-fold more effectively than the natural fragment, and that binds exclusively at the active site of the enzyme with an affinity (Kd,fast = 15.4 pM, Kd,slow = 220 pM) comparable to that of full-length hirudin (Kd,fast = 0.2 pM, Kd,slow = 5.5 pM). Moreover, BugArgNal displays absolute selectivity for thrombin over the other physiologically important serine proteases trypsin, plasmin, factor Xa, and tissue plasminogen activator, up to the highest concentration of inhibitor tested (10 microM).

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.

Hirudin vom medizinischen Blutegel hemmt Thrombin extrem stark (KD 0,2–1,0 pM); N-terminale Fragmente binden schwächer (KD 30–400 nM). Ein Analogon der Domäne 1–47 von Hirudin HM2 (BugArgNal) faltete korrekt und hemmte die schnelle bzw. langsame Thrombinform 2 670- bzw. 6 818-fach stärker als das natürliche Fragment (KD 15,4 bzw. 220 pM), vergleichbar mit dem vollständigen Hirudin (KD 0,2 bzw. 5,5 pM). Bis 10 µM war es absolut selektiv für Thrombin gegenüber Trypsin, Plasmin, Faktor Xa und Gewebeplasminogenaktivator.

Erfahren Sie, wie diese Forschung mit der klinischen Praxis verknüpft ist

Weitere begutachtete Studien in der Kategorie „Arzneimittelentwicklung“.

• Hirudotherapie in Medizin und Zahnmedizin — Jha K et al. (2015)
• Blutegeltherapie: eine Geschichte — Hyson J (2005)
• Hirudine der asiatischen medizinischen Blutegelart Hirudinaria manillensis: gleich und doch verschieden — Lukas P et al. (2019)
• Transcriptomic analysis of the salivary gland of medicinal leech Hirudo nipponia — Lu Z et al. (2018)
• Molekulardynamische und pharmakologische Untersuchungen an durch Protein-Engineering erzeugten Hirudin-Varianten von Hirudinaria manillensis und Hirudo medicinalis — Sun Y et al. (2022)
• Zellfreie Synthese der Hirudin-Variante 1 des blutsaugenden Egels Hirudo medicinalis — Wüstenhagen D et al. (2020)
• Produktion von Hirudin-Varianten durch gentechnisch veränderte mikrobielle Zellfabriken — Zhang J, Lan N (2018)
• Hirudin bei heparininduzierter Thrombozytopenie — Lubenow N, Greinacher A (2002)
• Hirudin verbessert die diabetische Nephropathie durch Hemmung der Gsdmd-vermittelten Pyroptose — Han J et al. (2023)
• Hirudin als alternatives Antikoagulans – eine historische Übersicht — Markwardt F (2002)

Alle von der ASH analysierten Studien →