Amerikanische Gesellschaft für Hirudotherapie

Proton bridging in the interactions of thrombin with hirudin and its mimics

Biochemistry article published in Biochemistry (2013)

Zuletzt aktualisiert: 18. Juni 2026Geprüft von: ASH Editorial Board
Forschungsartikel – EvidenzreviewArtikelreferenz
Evidence: Research reportSpeichel-PharmakologieArzneimittelentwicklungKovach IM, Kakalis L, Jordan F, Zhang D · Biochemistry, 2013

Abstract

Thrombin is the pivotal serine protease enzyme in the blood cascade system and thus a target of drug design for control of its activity. The most efficient nonphysiologic inhibitor of thrombin is hirudin, a naturally occurring small protein. Hirudin and its synthetic mimics employ a range of hydrogen bonding, salt bridging, and hydrophobic interactions with thrombin to achieve tight binding with K(i) values in the nano- to femtomolar range. The one-dimensional (1)H nuclear magnetic resonance spectrum recorded at 600 MHz reveals a resonance 15.33 ppm downfield from silanes in complexes between human α-thrombin and r-hirudin in pH 5.6-8.8 buffers and between 5 and 35 °C. There is also a resonance between 15.17 and 15.54 ppm seen in complexes of human α-thrombin with hirunorm IV, hirunorm V, an Nα(Me)Arg peptide, RGD-hirudin, and Nα-2-naphthylsulfonyl-glycyl-DL-4-amidinophenylalanyl-piperidide acetate salt (NAPAP), while there is no such low-field resonance observed in a complex of porcine trypsin and NAPAP. The chemical shifts suggest that these resonances represent H-bonded environments. H-Donor-acceptor distances in the corresponding H-bonds are estimated to be <2.7 Å. Addition of Phe-Pro-Arg-chloromethylketone (PPACK) to a complex of human α-thrombin with r-hirudin results in an additional signal at 18.03 ppm, which is 0.10 ppm upfield from the observed signal [Kovach, I. M., et al. (2009) Biochemistry 48, 7296-7304] for thrombin covalently modified with PPACK. In contrast, the peak at 15.33 ppm remains unchanged. The fractionation factors for the thrombin-hirudin complexes are near 1.0 within 20% error. The most likely site of the short H-bond in complexes of thrombin with the hirudin family of inhibitors is in the hydrophobic patch of the C-terminus of hirudin where Glu(57') and Glu(58') are embedded and interact with Arg(75) and Arg(77) and their solvate water (on thrombin). Glu(57') and Glu(58') present in the hirudin family of inhibitors make up a key binding epitope of fibrinogen, thrombin's prime substrate, which lends substantial interest to the short hydrogen bond as a binding element at the fibrinogen recognition site.

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

Publication typeJournal ArticleResearch Support, N.I.H., Extramural
Indexed MeSH termsAmino Acid SequenceAntithrombinsBinding SitesHirudinsHumansHydrogen BondingModels, MolecularMolecular Sequence DataNuclear Magnetic Resonance, BiomolecularProtonsThrombin

Zusammenfassung

1H NMR studies at 600 MHz reveal a short hydrogen-bond network at the C-terminal hirudin-thrombin interface (Glu57', Glu58' to Arg75, Arg77), providing structural insight into hirudin's extremely high affinity for thrombin.

Warum dies für die Hirudotherapie relevant ist

Diese Studie nutzte 600-MHz-Kernspinresonanzspektroskopie (NMR), um kurze Niederfeld-Wasserstoffbrücken in Komplexen aus menschlichem α-Thrombin und rekombinantem Hirudin sowie mehreren Hirudin-Mimetika (Hirunorm IV, Hirunorm V, RGD-Hirudin) und synthetischen Thrombininhibitoren wie NAPAP zu untersuchen. Die Befunde sind von Bedeutung, da sie ein protonenverbrücktes Bindungselement identifizieren, an dem die C-terminalen Glu(57')- und Glu(58')-Reste des Hirudins mit Arg(75) und Arg(77) am Thrombin an der Fibrinogen-Erkennungsstelle wechselwirken, und liefern mechanistische Einblicke in die außergewöhnlich feste Thrombinhemmung (K(i) im Nano- bis Femtomolarbereich), die durch Hirudin und dessen Mimetika erreicht wird. Die Verbindung zur Hirudotherapie ist lediglich indirekt: das Abstract verweist weder auf Blutegel, Blutegelspeichel noch auf therapeutische Anwendung und charakterisiert Hirudin ausschließlich als natürlich vorkommendes kleines Protein und Thrombininhibitor. Die Studie beschränkt sich auf eine spektroskopische und molekülmodellierende Analyse gereinigter Enzym-Inhibitor-Komplexe in vitro; in-vivo-, klinische oder Daten am Gesamtorganismus werden nicht präsentiert.

Zitation

Proton bridging in the interactions of thrombin with hirudin and its mimics.

Kovach IM, Kakalis L, Jordan F, Zhang D · Biochemistry, 2013

Verwandter klinischer Kontext

Zur ASH-Bibliothek hinzugefügt: May 26, 2026 · Letzte Aktualisierung der Website: June 18, 2026

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