Mutagenesis studies toward understanding allostery in thrombin
Research article published in Biochemistry (2009)
Abstract
The binding of thrombomodulin (TM) to exosite-1 and the binding of Na(+) to 225-loop allosterically modulate the catalytic activity and substrate specificity of thrombin. To determine whether the conformation of these two cofactor-binding loops are energetically linked to each other and to the active site, we rationally designed two thrombin mutants in which either the 70-80 loop of exosite-1 or the 225-loop of the Na(+)-binding site was stabilized by an engineered disulfide bond. This was possible by replacing two residues, Arg-67 and Ile-82, in the first mutant and two residues, Glu-217 and Lys-224, in the second mutant with Cys residues. These mutants were expressed in mammalian cells as monomeric molecules, purified to homogeneity and characterized with respect to their ability to bind TM and Na(+) by kinetic and direct binding approaches. The Cys-67/Cys-82 mutant did not bind TM and exhibited a normal amidolytic activity, however, the activity of Cys-217/Cys-224 was dramatically impaired, though TM interacted with this mutant with >20-fold elevated K(D) to partially restore its activity. Both mutants exhibited approximately 2-3-fold higher K(D) for interaction with Na(+), and neither mutant clotted fibrinogen or activated protein C in the presence of TM. Both mutants interacted with heparin with a normal affinity. These results suggest that, while exosite-2 of thrombin is an independent cofactor binding-site, both Na(+)-binding and exosite-1 are energetically linked. Further studies with the fluorescein labeled Cys-195 mutant of thrombin revealed that the catalytic residue of thrombin is modulated by Na(+), but TM has no effect on the conformation of this residue.
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.
Zusammenfassung
Disulfide-locking thrombin's exosite-1 70-80 loop or the Na+-binding 225-loop showed both mutants lost fibrinogen clotting and TM-dependent protein C activation and bound Na+ more weakly, indicating that Na+ binding and exosite-1 are energetically linked while exosite-2 is independent.
Kontext
Diese Studie nutzte rational designte Thrombinmutanten mit eingebauten Disulfidbrücken, um zu untersuchen, ob Exosite-1 (Thrombomodulin-Bindung), die Na+-bindende 225-Schleife und das aktive Zentrum energetisch gekoppelt sind, und fand dabei, dass Na+-Bindung und Exosite-1 konformationell gekoppelt sind, während Exosite-2 (Heparin-Bindung) unabhängig funktioniert. Thrombin ist das primäre Ziel von Hirudin aus dem Blutegel-Sekretom. Die Studie beinhaltet keinerlei blutegelstämmige Moleküle, Hirudin oder Sekretom-Komponenten – es handelt sich um eine Untersuchung aus dem Bereich Protein-Engineering/Kinetik mit Hilfe von in Säugerzellen exprimierten Mutanten.
Zitation
Literaturangabe (Vancouver-Stil)
Qureshi SH, Yang L, Manithody C, Iakhiaev AV, Rezaie AR. Mutagenesis studies toward understanding allostery in thrombin. Biochemistry. 2009;48(34):8261-8270. doi:10.1021/bi900921t. PMID: 19640005
Die bibliografischen Angaben (Autoren, Band, Seiten, DOI) stammen aus dem PubMed-Eintrag.
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