Amerikanische Gesellschaft für Hirudotherapie

Incorporation of noncoded amino acids into the N-terminal domain 1-47 of hirudin yields a highly potent and selective thrombin inhibitor

Research article published in Protein science : a publication of the Protein Society (1999)

Zuletzt aktualisiert: 18. Juni 2026Geprüft von: ASH Editorial Board
Forschungsartikel – EvidenzreviewArtikelreferenz
Evidence: Research reportArzneimittelentwicklungSpeichel-PharmakologieDe Filippis V et al. · Protein science : a publication of the Protein Society, 1999

Abstract

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 In this view, we have synthesized an analogue of fragment 1-47 of hirudin HM2 in which Val1 has been replaced by tert-butylglycine, Ser2 by Arg, and Tyr3 by beta-naphthylalanine, to give the BugArgNal analogue.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 sourced from PubMed (NCBI) for the cited record. See the original publication for the authoritative version.

Publication typeJournal ArticleResearch Support, Non-U.S. Gov'tResearch Support, U.S. Gov't, P.H.S.
Indexed MeSH termsAmino Acid SequenceAmino AcidsAntithrombinsEndopeptidasesHirudinsModels, MolecularMolecular Sequence Data

Zusammenfassung

Hirudin is an anticoagulant polypeptide isolated from a medicinal leech that inhibits thrombin with extraordinary potency (Kd = 0.2-1.0 pM) and selectivity.

Warum dies für die Hirudotherapie relevant ist

Diese Studie beschreibt im Detail die Synthese und biochemische Evaluierung einer modifizierten N-terminalen Domäne (Reste 1–47) des Hirudins, eines potenten Antikoagulans, das aus medizinischen Blutegeln isoliert wurde. Durch den Einbau nicht kodierter Aminosäuren erzeugten die Forschenden ein Analogon (BugArgNal), das ausschließlich und mit außergewöhnlich hoher Affinität an das aktive Zentrum von Thrombin bindet und dabei die Wirkstärke des vollständigen Hirudins erreicht. Diese Forschung ist für die ASH in hohem Maße relevant, da sie das molekulare Engineering des Blutegel-Sekretoms für die mögliche therapeutische Arzneimittelentwicklung voranbringt. Die Untersuchung ist jedoch strikt eine präklinische, in-vitro-biochemische Studie eines synthetischen Analogons und bewertet weder klinische Hirudotherapie noch die Verwendung lebender Blutegel.

Zitation

Incorporation of noncoded amino acids into the N-terminal domain 1-47 of hirudin yields a highly potent and selective thrombin inhibitor

De Filippis V et al. · Protein science : a publication of the Protein Society, 1999

Verwandter klinischer Kontext

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

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