Design of potent bivalent thrombin inhibitors based on hirudin sequence: incorporation of nonsubstrate-type active site inhibitors
Research article published in Biochemistry (1994)
Abstract
Hirudin from medicinal leech is the most potent and specific thrombin inhibitor from medicinal leech with a K(i) value of 2.2 x 10(-14) M. It consists of an active site blocking moiety, hirudin1-48, a fibrinogen-recognition exo-site binding moiety, hirudin55-65, and a linker, hirudin49-54, connecting these inhibitor moieties. Synthetic inhibitors were designed based on the C-terminal portion of hirudin. The bulky active site blocking moiety, hirudin1-48, was replaced by small nonsubstrate-type active site inhibitors of thrombin, e.g., dansyl-Arg-(D-pipecolic acid). The linker moiety was replaced by omega-amino acids of (12-aminododecanoic acid)-(4-aminobutyric acid), and hirudin55-65 was used as a fibrinogen-recognition exo-site binding moiety in most of the inhibitors. The crystal structure of the inhibitor in complex with human alpha-thrombin showed that dansyl, Arg, and D-pipecolic acid of the active site blocking moiety occupy S3, S1, and S2 subsites of thrombin, respectively, and were therefore designated as P3, P1, and P2 residues. The use of dansyl-Arg-(D-pipecolic acid) improved the affinity (K(i)) of the inhibitor 10-100-fold (down to 1.70 x 10(-11) M) compared to that of the similar compounds having D-Phe-Pro-Arg as their substrate-type inhibitor moiety (K(i) = 10(-9)-10(-10) M). The linker connected to P2 residue eliminated the scissile peptide bond. The inhibitor was also stable against human plasma proteases. Further inhibitor design revealed that the toxic dansyl group could be replaced by 4-tert-butylbenzenesulfonyl group and 1- or 2-naphthalenesulfonyl group for in vivo studies.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)
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Zusammenfassung
Hirudin from medicinal leech is the most potent and specific thrombin inhibitor from medicinal leech with a K(i) value of 2.2 x 10(-14) M.
Warum dies für die Hirudotherapie relevant ist
Diese Studie beschreibt das rationale Design bivalenter Thrombininhibitoren, modelliert nach dem Vorbild von Hirudin – dem potentesten und spezifischsten Thrombininhibitor aus dem medizinischen Blutegel (Ki = 2,2 × 10⁻¹⁴ M) –, wobei die sperrige, das aktive Zentrum blockierende Einheit (Hirudin1–48) durch kleinere Inhibitoren vom Nichtsubstrat-Typ ersetzt und das C-terminale exosite-bindende Fragment (Hirudin55–65) beibehalten wurde. Die kristallographische Analyse bestätigte, dass die synthetischen Inhibitoren die S1-, S2- und S3-Taschen des Thrombins besetzten und Ki-Werte bis zu 1,70 × 10⁻¹¹ M erreichten, mit verbesserter Plasma-Protease-Stabilität sowie der Identifizierung weniger toxischer Gruppenersetzungen für potenzielle In-vivo-Studien. Diese Arbeit ist unmittelbar relevant für das Fachgebiet von ASH, da sie die Strukturbiologie des Flaggschiff-Moleküls des Blutegel-Sekretoms für das Wirkstoffdesign nutzt. Die Studie ist jedoch rein in vitro durchgeführt, ohne Beteiligung von Blutegeln oder Hirudotherapie, und die klinische Relevanz bleibt unbewiesen.
Zitation
Design of potent bivalent thrombin inhibitors based on hirudin sequence: incorporation of nonsubstrate-type active site inhibitors
Tsuda Y et al. · Biochemistry, 1994
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Zur ASH-Bibliothek hinzugefügt: May 27, 2026 · Letzte Aktualisierung der Website: 18. Juni 2026