La región variable 1 del activador tisular del plasminógeno confiere a la trombina especificidad por el inhibidor del activador del plasminógeno tipo 1 al facilitar la catálisis: liberación de un bloqueo cinético por un bucle superficial proteico heterólogo
The variable region-1 from tissue-type plasminogen activator confers specificity for plasminogen activator inhibitor-1 to thrombin by facilitating catalysis: release of a kinetic block by a heterologous protein surface loop
Estudio estructural y cinético in vitro en la revista Journal of molecular biology (1999)
Resumen
Substitution of the native variable region-1 (VR1/37-loop) of thrombin by the corresponding VR1 of tissue-type plasminogen activator (thrombin-VR1(tPA)) increases the rate of inhibition by plasminogen activator inhibitor type 1 (PAI-1) by three orders of magnitude, and is thus sufficient to confer PAI-1 specificity to a heterologous serine protease. A structural and kinetical approach to establish the function of the VR1 loop of t-PA in the context of the thrombin-VR1(tPA) variant is described. The crystal structure of thrombin-VR1(tPA) was resolved and showed a conserved overall alpha-thrombin structure, but a partially disordered VR1 loop as also reported for t-PA. The contribution of a prominent charge substitution close to the active site was studied using charge neutralization variants thrombin-E39Q(c39) and thrombin-VR1(tPA)-R304Q(c39), resulting in only fourfold changes in the PAI-1 inhibition rate. Surface plasmon resonance revealed that the affinity of initial reversible complex formation between PAI-1 and catalytically inactive Ser195-->Ala variants of thrombin and thrombin-VR1(tPA) is only increased fivefold, i.e. KD is 652 and 128 nM for thrombin-S195A and thrombin-S195A-VR1(tPA), respectively. We established that the partition ratio of the suicide substrate reaction between the proteases and PAI-1 was largely unaffected in any variant studied. Hirugen allosterically decreases the rate of thrombin inhibition by PAI-1 2.5-fold and of thrombin-VR1(tPA) 20-fold, by interfering with a unimolecular step in the reaction, not by decreasing initial complex formation or by altering the stoichiometry. Finally, kinetic modeling demonstrated that acylation is the rate-limiting step in thrombin inhibition by PAI-1 (k approximately 10(-3) s(-1)) and this kinetic block is alleviated by the introduction of the tPA-VR1 into thrombin (k>1 s(-1)). We propose that the length, flexibility and different charge architecture of the VR1 loop of t-PA invoke an induced fit of the reactive center loop of PAI-1, thereby enhancing the rate of acylation in the Michaelis complex between thrombin-VR1(t-PA) and PAI-1 by more than two orders of magnitude.
Resumen tomado de PubMed (NCBI) para el registro citado, en el idioma original. La versión de referencia es la de la publicación original.
El resumen se deja sin traducir para conservar la redacción original de los autores.
Síntesis
Sustituir el bucle VR1/37 de la trombina por la VR1 del t-PA acelera en tres órdenes de magnitud la inhibición por PAI-1. La estructura cristalina mostró α-trombina conservada con VR1 parcialmente desordenada. En variantes inactivas Ser195→Ala, la afinidad del complejo inicial solo aumentó cinco veces (KD 652 y 128 nM). La acilación, etapa limitante (k ≈ 10⁻³ s⁻¹), supera 1 s⁻¹ con la VR1 del t-PA; los autores proponen un ajuste inducido del bucle reactivo del PAI-1.
Por qué esto importa para la hirudoterapia
Este estudio estructural y cinético demostró que reemplazar la región variable nativa-1 de la trombina (bucle VR1/37) con el bucle correspondiente del activador del plasminógeno de tipo tisular aumenta la tasa de inhibición de la trombina por PAI-1 en aproximadamente tres órdenes de magnitud, y utilizó cristalografía, resonancia de plasmones de superficie y modelado cinético para atribuir esto a una acilación más rápida en lugar de una unión inicial más estrecha. Su conexión con la historia de las sanguijuelas es que los experimentos utilizan hirugen, un péptido sintético modelado a partir del extremo C-terminal del anticoagulante de sanguijuela hirudin, como una sonda alostérica del exosito de reconocimiento del fibrinógeno de la trombina, lo que ilustra cómo la química derivada de las sanguijuelas sirve como herramienta de investigación para diseccionar la regulación de la trombina. Se trata de enzimología fundamental sobre variantes de trombina modificadas genéticamente; avanza la comprensión mecanicista de la inhibición de las serina-proteasas y no es un estudio sobre la terapia con sanguijuelas ni sobre ningún tratamiento clínico.
Citación
The variable region-1 from tissue-type plasminogen activator confers specificity for plasminogen activator inhibitor-1 to thrombin by facilitating catalysis: release of a kinetic block by a heterologous protein surface loop
Dekker RJ et al. · Journal of molecular biology, 1999
Contexto clínico relacionado
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