Перепроектирование аллостерической активации фермента

Enzyme activation by monovalent cations is widely documented in plants and the animal world. In type II enzymes, activation entails two steps: binding of the monovalent cation to its allosteric site and transduction of this event into enhanced catalytic activity. The effect has exquisite specificity for either Na(+) or K(+), the most abundant cations present in physiological environments. Enzymes requiring K(+) such as kinases and molecular chaperones are not activated as well or at all by the larger cation Cs(+) or the smaller cations Na(+) and Li(+). Enzymes requiring Na(+) such as β-galactosidase and clotting proteases are not activated as well by Li(+), or the larger cations K(+), Rb(+), and Cs(+). Efforts to switch specificity between Na(+) and K(+) in this large class of enzymes and completely redesign the mechanism of allosteric transduction leading to enhanced catalytic activity have so far been unsuccessful. Here we show how mutagenesis of two loops defining the Na(+) binding site of thrombin, a Na(+)-activated clotting protease, generates a construct that is most active in the presence of K(+) toward synthetic and physiological substrates. The effect is the result of a higher binding affinity and more efficient allosteric transduction of binding into enhanced catalytic activity for K(+) compared to Na(+), which represents a complete reversal of the properties of wild type. In addition, the construct features altered specificity toward physiological substrates resulting in a significant anticoagulant profile. The findings are relevant to all Na(+)-activated proteases involved in blood coagulation and the complement system.

Аннотация взята из PubMed (NCBI) для цитируемой записи и приводится на языке оригинала. Авторитетной является версия в исходной публикации.

Аннотация оставлена без перевода, чтобы сохранить собственные формулировки авторов.

Активация ферментов моновалентными катионами специфична в отношении Na+ или K+, и попытки переключить эту специфичность ранее оставались безуспешны. Мутагенез двух петель, формирующих Na+-связывающий сайт тромбина, позволил получить конструкцию, наиболее активную в присутствии K+ в отношении синтетических и физиологических субстратов. Эффект обусловлен более высоким сродством к K+ и более эффективной аллостерической трансдукцией — полным обращением свойств природного фермента. Конструкция изменяет специфичность к физиологическим субстратам, приобретая выраженный антикоагулянтный профиль; выводы применимы к Na+-зависимым протеазам свёртывания и комплемента.

Узнайте, как это исследование связано с клинической практикой

Другие рецензируемые исследования в разделе «Разработка лекарственных препаратов».

• Гирудотерапия в медицине и стоматологии — Jha K et al. (2015)
• Лечение пиявками: история — Hyson J (2005)
• Гирудины азиатской медицинской пиявки Hirudinaria manillensis: те же, но другие — Lukas P et al. (2019)
• Транскриптомный анализ слюнной железы медицинской пиявки Hirudo nipponia — Lu Z et al. (2018)
• Молекулярно-динамические и фармакологические исследования вариантов гирудина Hirudinaria manillensis и Hirudo medicinalis, созданных методами белковой инженерии — Sun Y et al. (2022)
• Бесклеточный синтез варианта 1 гирудина кровососущей пиявки Hirudo medicinalis — Wüstenhagen D et al. (2020)
• Получение вариантов гирудина с помощью генно-инженерной микробной фабрики — Zhang J, Lan N (2018)
• Гирудин при гепарин-индуцированной тромбоцитопении — Lubenow N, Greinacher A (2002)
• Гирудин ослабляет диабетическую нефропатию путём ингибирования Gsdmd-опосредованного пироптоза — Han J et al. (2023)
• Гирудин как альтернативный антикоагулянт: исторический обзор — Markwardt F (2002)

Все исследования, проанализированные ASH →