Electrostatic steering and ionic tethering in the formation of thrombin-hirudin complexes: the role of the thrombin anion-binding exosite-I
Research article published in Biochemistry (2001)
Abstract
Electrostatic interactions between the thrombin anion-binding exosite-I (ABE-I) and the hirudin C-terminal tail play an important role in the formation of the thrombin-hirudin inhibitor complex and serves as a model for the interactions of thrombin with its many other ligands. The role of each solvent exposed basic residue in ABE-I (Arg(35), Lys(36), Arg(67), Arg(73), Arg(75), Arg(77a), Lys(81), Lys(109), Lys(110), and Lys(149e)) in electrostatic steering and ionic tethering in the formation of thrombin-hirudin inhibitor complexes was explored by site directed mutagenesis. The contribution to the binding energy (deltaG(degrees)b) by each residue varied from 1.9 kJ mol(-)(1) (Lys(110)) to 15.3 kJ mol(-1) (Arg(73)) and were in general agreement to their observed interactions with hirudin residues in the thrombin-hirudin crystal structure [Rydel, T. J., Tulinsky, A., Bode, W., and Huber, R. (1991) J. Mol. Biol. 221, 583-601]. Coupling energies (delta deltaG(degrees) int) were calculated for the major ion-pair interactions involved in ionic tethering using complementary hirudin mutants (h-D55N, h-E57Q, and h-E58Q). Cooperativity was seen for the h-Asp(55)/Arg(73) ion pair (2.4 kJ mol(-1)); however, low coupling energies for h-Asp(55)/Lys(149e) (deltadeltaG(degrees)int 0.6 kJ mol(-1)) and h-Glu(58)/Arg(77a) (deltadeltaG(degrees)int 0.9 kJ mol(-1)) suggest these are not major interactions, as anticipated by the crystal structure. Interestingly, high coupling energies were seen for the intermolecular ion-pair h-Glu(57)/Arg(75) (deltadeltaG(degrees)int 2.3 kJ mol(-1)) and for the solvent bridge h-Glu(57)/Arg(77a) (deltadeltaG(degrees)int 2.7 kJ mol(-1)) indicating that h-Glu(57) interacts directly with both Arg(75) and Arg(77a) in the thrombin-hirudin inhibitor complex. The remaining ABE-I residues that do not form major contacts in tethering the C-terminal tail of hirudin make small but collectively important contributions to the overall positive electrostatic field generated by ABE-I important in electrostatic steering.
Abstract sourced from PubMed (NCBI) for the cited record. See the original publication for the authoritative version.
Zusammenfassung
Electrostatic interactions between the thrombin anion-binding exosite-I (ABE-I) and the hirudin C-terminal tail play an important role in the formation of the thrombin-hirudin inhibitor complex and serves as a model for the interactions of thrombin with its many other ligands.
Warum dies für die Hirudotherapie relevant ist
Diese Studie nutzte ortsspezifische Mutagenese, um zu untersuchen, wie einzelne basische Reste innerhalb der Anionen-bindenden Exosite-I von Thrombin zur elektrostatischen Steuerung und zum ionischen Tethering im Thrombin-Hirudin-Inhibitorkomplex beitragen, und quantifizierte Beiträge zur Bindungsenergie sowie Kopplungsenergien für wichtige Ionenpaar-Wechselwirkungen. Hirudin ist der potente direkte Thrombininhibitor, der natürlicherweise von medizinischen Blutegeln sezerniert wird, wodurch diese detaillierte Struktur-Energetik-Analyse direkt relevant für das Verständnis des prototypischen Antikoagulans des Blutegelsekretoms ist und die Rationale für klinisch eingesetzte Hirudin-basierte therapeutische Analoge informiert. Die Ergebnisse verdeutlichen, welche Thrombin-Hirudin-Kontakte energetisch am bedeutsamsten sind, und liefern mechanistische Einblicke, die die Weiterentwicklung von aus Blutegeln stammenden Antikoagulationsstrategien leiten könnten. Allerdings handelt es sich um eine biochemische Untersuchung molekularer Bindungswechselwirkungen; sie befasst sich nicht mit klinischen Ergebnissen, therapeutischer Dosierung oder Wirksamkeit der Hirudotherapie in vivo.
Zitation
Electrostatic steering and ionic tethering in the formation of thrombin-hirudin complexes: the role of the thrombin anion-binding exosite-I
Myles T et al. · Biochemistry, 2001
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