Физико-химические особенности связывания тромбина с мембраной тромбоцита

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Тромбин – ключевой фермент системы свертывания крови, который активно изучается с начала прошлого века. Образование тромбина из протромбина в области повреждения сосуда приводит не только к формированию фибрина – важного структурного компонента гемостатического сгустка, но и к активации тромбоцитов, эндотелия и клеток имMунной системы. Считается, что связывание тромбина с поверхностью тромбоцитов играет критическую роль в процессе их активации, а также может обеспечивать поддержание высокой концентрации тромбина внутри тромба вследствие концентрирования протеазы на поверхности тромбоцитов. На данный момент все основные рецепторы тромбина на тромбоцитах тщательно охарактеризованы: благодаря различным экспериментальным методам установлены физико-химические параметры соответствующих межмолекулярных взаимодействий. Так как взаимодействие тромбина с тромбоцитами приводит к их активации, включающей изменения количества рецепторов в результате секреции гранул, правильная интерпретация наблюдаемых особенностей кинетических кривых связывания сильно усложняется. Известно, что некоторые рецепторы в результате активации тромбоцита способны перераспределяться на мембране и образовывать димеры и кластеры, что делает кинетику связывания тромбина с тромбоцитами чрезвычайно сложным процессом, зависящим от множества факторов, таких как концентрации активаторов, состояние тромбоцитов и других локальных параметров системы. Данный обзор ставит своей целью описать современные представления о взаимодействии тромбина с мембраной тромбоцита и обозначить важные нерешенные вопросы в данной области исследований. В обзоре представлена не только информация о структурных и кинетических особенностях связывания тромбина с отдельными мембранными белками тромбоцита, но и анализ связи между соответствующими параметрами взаимодействия и ранее полученными данными о кинетике связывании протеазы с поверхностью тромбоцита.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. Р. Керимов

Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН

Email: ne4ipur@gmail.com
Россия, Москва, 109029

Д. Ю. Нечипуренко

Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет; Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Д. Рогачева

Автор, ответственный за переписку.
Email: ne4ipur@gmail.com
Россия, Москва, 109029; Москва, 119991; Москва, 117997

М. А. Пантелеев

Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет; Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Д. Рогачева

Email: ne4ipur@gmail.com
Россия, Москва, 109029; Москва, 119991; Москва, 117997

Список литературы

  1. Michelson A.D., Cattaneo M., Frelinger A., Newman P. 2019. Platelets. 4th Edition. Academic Press. Elsevier, p. 169–221, 243–257.
  2. Wright J.H., Minot G.R. 1917. The viscous metamorphosis of the blood platelets. J. Exp. Med. 26, 395–409.
  3. Harter K., Levine M., Henderson S.O. 2015. Anticoagulation drug therapy: A review. West J. Emerg. Med. 16 (1), 11–17.
  4. Workman E.F. Jr., White G.C. II, Lundblad R.L. 1977. High affinity binding of thrombin to platelets. Inhibition by tetranitromethane and heparin. Biochem. Biophys. Res. Commun. 75, 925–932.
  5. White G.C., Lundblad R.L., Griffith M.J. 1981. Structure–function relations in platelet–thrombin reactions. Inhibition of platelet–thrombin interactions by lysine modification. J. Biol. Chem. 256, 1763–1766.
  6. Tollefsen D.M., Feagler J.R., Majerus P.W. 1974. The binding of thrombin to the surface of human platelets. J. Biol. Chem. 249 (8), 2646–2651.
  7. Tollefsen D.M., Majerus P.W. 1976. Evidence for a single class of thrombin-binding sites on human platelets. Biochemistry. 15, 2144–2149.
  8. Shuman M.A., Tollefsen D.M., Majerus P.W. 1976. The binding of human and bovine thrombin to human platelets. Blood. 47, 43–54.
  9. Martin B.M., Wasiewski W.W., Fenton J.W., Detwiler T.C. 1976. Equilibrium binding of thrombin to platelets. Biochemistry. 15 (22), 4886–4893.
  10. Mustard J.F., Kinlough-Rathbone R.L., Packham M.A. 2002. History of platelets. Platelets in thrombotic and non-thrombotic disorders. Pathophysiology, pharmacology, and therapeutics. Cambridge University Press, p. 3–24.
  11. De Marco L., Mazzucato M., Masotti A., Ruggeri Z.M. 1994. Localization and characterization of an alpha-thrombin-binding site on platelet glycoprotein Ib alpha. J. Biol. Chem. 269 (9), 6478–6484.
  12. Gralnick H.R., Williams S., McKeown L.P., Hansmann K., Fenton J.W. 2nd, Krutzsch H. 1994. High-affinity alpha-thrombin binding to platelet glycoprotein Ib alpha: Identification of two binding domains. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 91 (14), 6334–6338.
  13. Steck T., Wallach D. 1965. The binding of kidney-bean phytohemagglutinin by Ehrlich ascites carcinoma. Biochim. Biophys. Acta. 97 (3), 510–522.
  14. Lundblad R.L., White G.C. 2005. The interaction of thrombin with blood platelets. Platelets. 16 (7), 373–375.
  15. Okumura T., Jamieson G.A. 1976. Platelet glycocalicin: A single receptor for platelet aggregation induced by thrombin or ristocetin. Thromb. Res. 8,701–706.
  16. Burkhart J.M., Vaudel M., Gambaryan S. 2012. The first comprehensive and quantitative analysis of human platelet protein composition allows the comparative analysis of structural and functional pathways. Blood. 120, e73–e82.
  17. Harmon J.T., Jamieson G.A. 1985. Thrombin binds to a high-affinity approximately 900,000-dalton site on human platelets. Biochemistry. 24, 58–64.
  18. Mazzucato M., Marco L.D., Masotti A., Pradella P., Bahou W.F., Ruggeri Z.M. 1998. Characterization of the initial alpha-thrombin interaction with glycoprotein Ib alpha in relation to platelet activation. J. Biol. Chem. 273, 1880–1887.
  19. Dörmann D., Clemetson K.J., Kehrel B.E. 2000. The GPIbα thrombin-binding site is essential for thrombin-induced platelet procoagulant activity. Blood. 96.(7), 2469–2478.
  20. Rivera J., Lozano M.L., Navarro-Núñez L., Vicente V. 2009. Platelet receptors and signaling in the dynamics of thrombus formation. Haematologica. 94, 700–711.
  21. De Cristofaro R., De Candia E., Landolfi R., Rutella S., Hall S.W. 2001. Structural and functional mapping of the thrombin domain involved in the binding to the platelet glycoprotein Ib. Biochemistry. 40, 13268–13273.
  22. Clemetson K.J., Clemetson J.M. 1995. Platelet GPIbα–V–IX complex. Structure, function, physiology, and pathology. Semin. Thromb. Hemost. 21, 130–136.
  23. Zarpellon A., Celikel R., Roberts J.R., McClin-tock R.A., Mendolicchio G.L., Moore K.L., Jing H., Varughese K.I., Ruggeri Z.M. 2011. Binding of α-thrombin to surface-anchored platelet glycoprotein Ibα sulfotyrosines through a two-site mechanism involving exosite I. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 108 (21), 8628–8633.
  24. Ruggeri Z.M., Zarpellon A., Roberts J.R., McClintock R.A., Jing H., Mendolicchio G.L. 2010. Unraveling the mechanism and significance of thrombin binding to platelet glycoprotein Ib.J. Thromb. Haemost. 104 (5), 894–902.
  25. Hayes K.L., Tracy P.B. 1999. The platelet high-affinity binding site for thrombin mimics hirudin, modulates thrombin-induced platelet activation, and is distinct from the glycoprotein Ib–IX–V complex. J. Biol. Chem. 274 (2), 972–980.
  26. Vu T.K., Hung D.T., Wheaton V.I., Coughlin S.R. 1991. Molecular cloning of a functional thrombin receptor reveals a novel proteolytic mechanism of receptor activation. Cell. 64, 1057–1068.
  27. De Candia E. 2012. Mechanisms of platelet activation by thrombin: A short history. Thromb. Res. 129 (3), 250–256.
  28. Kahn M.L., Nakanishi-Matsui M., Shapiro M.J., Ishihara H., Coughlin S.R. 1999. Protease-activated receptors 1 and 4 mediate activation of human platelets by thrombin. J. Clin. Invest. 103 (6), 879–887.
  29. Coughlin S.R. 1999. How the protease thrombin talks to cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 96, 11023–11027.
  30. Brass L.F., Vassallo R.R. Jr., Belmonte E., Ahuja M., Cichowski K., Hoxie J.A. 1992. Structure and function of the human platelet thrombin receptor. Studies using monoclonal antibodies directed against a defined domain within the receptor N terminus. J. Biol. Chem. 267, 13795–13798.
  31. Andersen H., Greenberg D.L., Fujikawa K., Xu W., Chung D.W., Davie E.W. 1999. Protease-activated receptor 1 is the primary mediator of thrombin-stimulated platelet procoagulant activity (clotting, phospholipid, annexin V, calcium flux). Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 96, 11189–11193.
  32. Heuberger D.M., Schuepbach R.A. 2019. Protease-activated receptors (PARs): Mechanisms of action and potential therapeutic modulators in PAR-driven inflammatory diseases. Thrombosis J. 17, 4.
  33. Gandhi P.S., Chen Z., Appelbaum E., Zapata F., Di Cera E. 2011. Structural basis of thrombin–protease–activated receptor interactions. Life. 63 (6), 375–382.
  34. Nieman M.T., Schmaier A.H. 2007. Interaction of thrombin with PAR1 and PAR4 at the thrombin cleavage site. Biochemistry. 46 (29), 8603–8610.
  35. Vu T.K., Wheaton V.I., Hung D.T., Charo I., Coughlin S.R. Domains specifying thrombin-receptor interaction. 1991. Nature. 353, 674–677.
  36. Xu W.F., Andersen H., Whitmore T.E., Presnell S.R., Yee D.P., Ching A., Gilbert T., Davie E.W., Foster D.C. 1998. Cloning and characterization of human protease-activated receptor 4. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95, 6642–6646.
  37. Coughlin S.R. 2005. Protease-activated receptors in hemostasis, thrombosis and vascular biology. J. Thromb. Haemost. 3, 1800–1814.
  38. Boknäs N., Faxälv L., Centellas D.S., Wallstedt M., Ramström S., Grenegård M., Lindahl T.L. 2014. Thrombin-induced platelet activation via PAR4: Pivotal role for exosite II. Thromb. Haemost. 112, 558–565.
  39. Covic L., Gresser A.L., Kuliopulos A. 2000. Biphasic kinetics of activation and signaling for PAR1 and PAR4 thrombin receptors in platelets. Biochemistry. 39, 5458–5467.
  40. Ramakrishnan V., DeGuzman F., Bao M., Hall S.W., Leung L.L., Phillips D.R. 2001. A thrombin receptor function for platelet glycoprotein Ib-IX unmasked by cleavage of glycoprotein V. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98 (4), 1823–1828.
  41. Jamieson G.A., Okumura T. 1978. Reduced thrombin binding and aggregation in Bernard–Soulier platelets. J. Clin. Invest. 61, 861–864.
  42. Milligan G., Smith N.J. 2007. Allosteric modulation of heterodimeric G-protein coupled receptors. Trends Pharmacol. Sci. 28, 615–620.
  43. Arachiche A., Mumaw M.M., de la Fuente M., Nieman M.T. 2013. Protease-activated receptor 1 (PAR1) and PAR4 heterodimers are required for PAR1-enhanced cleavage of PAR4 by α-thrombin. J. Biol. Chem. 288 (45), 32553–32562.
  44. Ozaki Y., Suzuki-Inoue K., Inoue O. 2013. Platelet receptors activated via mulitmerization: Glycoprotein VI, GPIbα-IX–V, and CLEC-2. J. Thromb. Haemost. 11 (Suppl. 1), 330–339.
  45. De Candia E., Hall S.W., Rutella S., Landolfi R., Andrews R.K., De Cristofaro R. 2001. Binding of thrombin to glycoprotein Ib accelerates the hydrolysis of Par-1 on intact platelets. J. Bio.l Chem. 276 (7), 4692–4698.
  46. Estevez B., Kim K., Delaney M.K., Stojanovic-Terpo A., Shen B., Ruan C., Cho J., Ruggeri Z.M., Du X. 2016. Signaling-mediated cooperativity between glycoprotein Ib-IX and protease-activated receptors in thrombin-induced platelet activation. Blood. 127 (5), 626–636.
  47. Yaping Z., Samuel M.E., Cheng Z., Xiaoping D. 2022. Signaling mechanisms of the platelet glycoprotein Ib–IX complex. Platelets. 33 (6), 823–832.
  48. Nieman M.T. 2016. Protease-activated receptors in hemostasis. Blood. 128 (2), 169–177.
  49. Shrimpton C.N., Borthakur G., Larrucea S., Cruz M.A., Dong J.F., López J.A. 2002. Localization of the adhesion receptor glycoprotein Ib–IX–V complex to lipid rafts is required for platelet adhesion and activation. J. Exp. Med. 196 (8), 1057–1066
  50. Komatsuya K., Kaneko K., Kasahara K. 2020. Function of platelet glycosphingolipid microdomains/lipid rafts. Int. J. Mol. Sci. 21 (15), 5539–5556.
  51. Megalinskiy A.D., Loginova V.M., Shibeko A.M, Ataullakhanov F.I., Panteleev M.A., Nechipurenko D.Y. 2022. The role of immobilized phospholipids in the initiation of blood coagulation under flow conditions. Biochem. (Moscow) Suppl. Ser. A, Membr. Cell Biol. 16, 38–48.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Графическое представление количества сайтов связывания тромбина и их аффинности в выборке различных экспериментальных работ. а – Среднее количество сайтов связывания тромбина на поверхности тромбоцита. По оси X отложено количество сайтов высокой аффинности, по оси Y – низкой аффинности. б – Средняя константа диссоциации для сайтов высокой и низкой аффинности. По оси X – Kd сайтов высокой аффинности (логарифмический масштаб), по оси Y – низкой аффинности. Каждая точка – данные из определенной статьи, представленной в обзоре. Цвет и форма символа соответствуют номеру статьи в списке литературы.

Скачать (147KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Иллюстрация возможных взаимодействий тромбина с рецепторами на поверхности тромбоцита. Римскими цифрами I и II показаны соответствующие экзосайты молекулы тромбина. а – Связывание тромбина с GPIbα. Оба экзосайта тромбина способны связываться с сайтом GPIbα. Связывание одной молекулы тромбина двумя соседствующими GPIbα является наиболее частой конформацией. Связывание двух молекул тромбина с одной молекулой GPIbα, предположительно нестабильно и не реализуется in vivo. б – Связывание тромбина с PAR1 и PAR4 и основные параметры реакции расщепления рецепторов. в – Возможная конформация – кластер GP-PAR1 с высокой аффинностью к тромбину, где GPIbα выступает в качестве кофактора в реакции расщепления PAR1 тромбином.

Скачать (219KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Анализ количества свободного и связанного тромбина в тромбоцитарном агрегате. Расчеты произведены при условии, что локальная концентрация тромбина достигает 10 нМ, а один тромбоцит имеет порядка 104 сайтов связывания тромбина с Kd ~ 100 нМ.

Скачать (208KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах