Antitrombin
| SERPINC1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Identifierare | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| , AT3, AT3D, ATIII, THPH7, serpin familj C medlem 1, ATIII-R2, ATIII-T2, ATIII-T1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Externa ID :n | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wikidata | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Antitrombin (AT) är ett litet glykoprotein som inaktiverar flera enzymer i koagulationssystemet . Det är ett protein med 432 aminosyror som produceras av levern . Den innehåller tre disulfidbindningar och totalt fyra möjliga glykosyleringsställen . α-antitrombin är den dominerande formen av antitrombin som finns i blodplasma och har en oligosackarid som upptar var och en av dess fyra glykosyleringsställen. Ett enda glykosyleringsställe förblir konsekvent obemannat i den mindre formen av antitrombin, β-antitrombin. Dess aktivitet ökas mångfaldigt av det antikoagulerande läkemedlet heparin , vilket ökar bindningen av antitrombin till faktor IIa (protrombin) och faktor Xa .
Strukturera
Antitrombin kallas också antitrombin III (AT III). Beteckningarna antitrombin I till antitrombin IV har sitt ursprung i tidiga studier utförda på 1950-talet av Seegers, Johnson och Fell.
Antitrombin I (AT I) hänvisar till absorptionen av trombin på fibrin efter att trombin har aktiverat fibrinogen . Antitrombin II (AT II) avser en kofaktor i plasma, som tillsammans med heparin stör interaktionen mellan trombin och fibrinogen . Antitrombin III (AT III) avser en substans i plasma som inaktiverar trombin. Antitrombin IV (AT IV) avser ett antitrombin som aktiveras under och kort efter blodkoagulation . Endast AT III och eventuellt AT I är medicinskt signifikanta. AT III benämns i allmänhet enbart som "antitrombin" och det är antitrombin III som diskuteras i denna artikel.
Antitrombin har en halveringstid i blodplasma på cirka 3 dagar. Den normala antitrombinkoncentrationen i humant blodplasma är hög med cirka 0,12 mg/ml, vilket motsvarar en molär koncentration på 2,3 μM. Antitrombin har isolerats från plasma från ett stort antal arter förutom människor. Såsom härleds från protein- och cDNA- sekvensering är ko-, får-, kanin- och musantitrombiner alla 433 aminosyror långa, vilket är en aminosyra längre än humant antitrombin. Den extra aminosyran tros förekomma vid aminosyraposition 6. Ko-, får-, kanin-, mus- och humanantitrombiner delar mellan 84 och 89 % aminosyrasekvensidentitet. Sex av aminosyrorna bildar tre intramolekylära disulfidbindningar , Cys 8-Cys128, Cys21-Cys95 och Cys248-Cys430. De har alla fyra potentiella N-glykosyleringsställen . Dessa förekommer vid asparagin (Asn) aminosyranummer 96, 135, 155 och 192 hos människor och vid liknande aminosyranummer hos andra arter. Alla dessa ställen är upptagna av kovalent bundna oligosackaridsidokedjor i den dominerande formen av humant antitrombin, a-antitrombin, vilket resulterar i en molekylvikt för denna form av antitrombin på 58 200. Det potentiella glykosyleringsstället vid asparagin 135 är inte upptaget i en mindre form (cirka 10%) av antitrombin, β-antitrombin (se figur 1 ).
Rekombinanta antitrombiner med egenskaper som liknar de hos normalt humant antitrombin har producerats med hjälp av bakulovirusinfekterade insektsceller och däggdjurscellinjer som odlats i cellkultur . Dessa rekombinanta antitrombiner har i allmänhet olika glykosyleringsmönster än normalt antitrombin och används vanligtvis i antitrombinstrukturstudier. Av denna anledning visar många av de antitrombinstrukturer som lagras i proteindatabanken och presenteras i denna artikel varierande glykosyleringsmönster.
Antitrombin börjar i sitt ursprungliga tillstånd, som har en högre fri energi jämfört med det latenta tillståndet, som det sönderfaller till i genomsnitt efter 3 dagar. Det latenta tillståndet har samma form som det aktiverade tillståndet - det vill säga när det hämmar trombin. Som sådan är det ett klassiskt exempel på användbarheten av kinetisk kontra termodynamisk kontroll av proteinveckning.
Fungera
Antitrombin är en serpin (serinproteashämmare) och liknar därför strukturen de flesta andra plasmaproteashämmare , såsom alfa-1-antikymotrypsin , alfa -2-antiplasmin och heparinkofaktor II .
De fysiologiska målproteaserna av antitrombin är de från kontaktaktiveringsvägen (tidigare känd som den inneboende vägen), nämligen de aktiverade formerna av Faktor X (Xa), Faktor IX (IXa), Faktor XI (XIa), Faktor XII (XIIa) och, i större utsträckning, Faktor II (trombin) (IIa), och även den aktiverade formen av Faktor VII (VIIa) från vävnadsfaktorvägen (tidigare känd som den yttre vägen). Hämmaren inaktiverar även kallikrein och plasmin [ citat behövs ] , även involverade i blodkoagulation. Det inaktiverar dock vissa andra serinproteaser som inte är involverade i koagulering, såsom trypsin och C1s-subenheten av enzymet C1 som är involverat i den klassiska komplementvägen .
Proteasinaktivering resulterar som en konsekvens av att proteaset infångas i ett ekvimolärt komplex med antitrombin där det aktiva stället för proteasenzymet är otillgängligt för dess vanliga substrat . Bildandet av ett antitrombin-proteaskomplex involverar en interaktion mellan proteaset och en specifik reaktiv peptidbindning inom antitrombin. I humant antitrombin är denna bindning mellan arginin (arg) 393 och serin (ser) 394 (se figur 2 och figur 3 ).
Man tror att proteasenzymer blir fångade i inaktiva antitrombin-proteaskomplex som en konsekvens av deras angrepp på den reaktiva bindningen. Även om attack av en liknande bindning inom det normala proteassubstratet resulterar i snabb proteolytisk klyvning av substratet, orsakar initiering av en attack på den antitrombinreaktiva bindningen antitrombin att aktiveras och fånga enzymet i ett mellanstadium av den proteolytiska processen. Givet tid kan trombin klyva den reaktiva bindningen inom antitrombin och ett inaktivt antitrombin-trombinkomplex kommer att dissociera, men tiden det tar för detta att inträffa kan vara längre än 3 dagar. Bindningarna P3-P4 och P1'-P2' kan emellertid snabbt spjälkas av neutrofil elastas respektive det bakteriella enzymet thermolysin , vilket resulterar i att inaktiva antitrombiner inte längre kan hämma trombinaktivitet.
Hastigheten för antitrombins hämning av proteasaktivitet förstärks avsevärt av dess ytterligare bindning till heparin , liksom dess inaktivering av neutrofil elastas .
Antitrombin och heparin
Antitrombin inaktiverar dess fysiologiska målenzymer, trombin, faktor Xa och faktor IXa med hastighetskonstanter på 7–11 x 10 3 , 2,5 x 10 3 M −1 s −1 respektive 1 x 10 M −1 s −1 . Hastigheten för antitrombin-trombin-inaktivering ökar till 1,5 - 4 x 10 7 M -1 s -1 i närvaro av heparin, dvs reaktionen accelereras 2000-4000 gånger. Faktor Xa-inhibering accelereras endast 500 till 1000 gånger i närvaro av heparin och den maximala hastighetskonstanten är 10 gånger lägre än den för trombininhibering. Hastighetsökningen av antitrombin-faktor IXa-hämning visar en ungefärlig 1 miljonfaldig ökning i närvaro av heparin och fysiologiska nivåer av kalcium .
AT-III binder till en specifik pentasackaridsulfateringssekvens som finns i heparinpolymeren
GlcNAc/NS(6S)-GlcA-GlcNS(3S,6S)-IdoA(2S)-GlcNS(6S)
Vid bindning till denna pentasackaridsekvens ökar inhiberingen av proteasaktivitet av heparin som ett resultat av två distinkta mekanismer. I en mekanism beror heparinstimulering av faktor IXa och Xa-hämning på en konformationsförändring inom antitrombin som involverar slingan av det reaktiva stället och är således allosterisk . I en annan mekanism beror stimulering av trombininhibering på bildandet av ett ternärt komplex mellan AT-III, trombin och heparin.
Allosterisk aktivering
Ökad faktor IXa- och Xa-hämning kräver minimal heparinpentasackaridsekvens. De konformationsförändringar som sker inom antitrombin som svar på pentasackaridbindning är väl dokumenterade.
I frånvaro av heparin är aminosyrorna P14 och P15 (se figur 3 ) från slingan av det reaktiva stället inbäddade i proteinets huvudkropp (särskilt toppen av betaark A). Denna egenskap är gemensam med andra serpiner såsom heparinkofaktor II , alfa-1-antikymotrypsin och MENT .
Den konformationsförändring som är mest relevant för faktor IXa- och Xa-inhibering involverar P14- och P15-aminosyrorna inom den N-terminala regionen av slingan för det reaktiva stället (inringad i figur 4 modell B ). Denna region har kallats gångjärnsregionen. Konformationsförändringen inom gångjärnsregionen som svar på heparinbindning resulterar i utstötning av P14 och P15 från proteinets huvudkropp och det har visat sig att genom att förhindra denna konformationsförändring sker ingen ökad faktor IXa och Xa-inhibering. Man tror att den ökade flexibiliteten som ges till den reaktiva ställeslingan som ett resultat av konformationsförändringen i gångjärnsregionen är en nyckelfaktor för att påverka ökad faktor IXa- och Xa-hämning. Det har beräknats att i frånvaro av pentasackariden är endast en av 400 antitrombinmolekyler (0,25%) i en aktiv konformation med P14- och P15-aminosyrorna utstötta.
Icke-allosterisk aktivering
Ökad trombininhibering kräver minimal heparinpentasackarid plus minst ytterligare 13 monomerenheter. Detta tros bero på ett krav på att antitrombin och trombin måste binda till samma heparinkedja intill varandra. Detta kan ses i serien av modeller som visas i figur 5 .
I strukturerna som visas i figur 5 är den C-terminala delen (P'-sidan) av slingan av det reaktiva stället i en förlängd konformation jämfört med andra oaktiverade eller heparinaktiverade antitrombinstrukturer. P'-regionen av antitrombin är ovanligt lång i förhållande till P'-regionen hos andra serpiner och bildar i oaktiverade eller heparinaktiverade antitrombinstrukturer en tätt vätebunden β-sväng . P'-förlängning sker genom att alla vätebindningar som är involverade i β-svängen bryts .
Gångjärnsregionen för antitrombin i komplexet i figur 5 kunde inte modelleras på grund av dess konformationsflexibilitet, och aminosyrorna P9-P14 ses inte i denna struktur. Denna konformationsflexibilitet indikerar att en jämvikt kan existera inom komplexet mellan en P14 P15 reaktivt ställe-loop införd antitrombinkonformation och en P14 P15 reactive site loop-utdriven konformation. Till stöd för detta visar analys av placeringen av P15 Gly i komplexet i figur 5 (märkt i modell B) att det infogas i betaark A (se modell C).
Effekt av glykosylering på aktivitet
α-antitrombin och β-antitrombin skiljer sig åt i sin affinitet för heparin. Skillnaden i dissociationskonstant mellan de två är trefaldig för pentasackariden som visas i figur 3 och större än tiofaldig för fullängdsheparin, med p-antitrombin som har en högre affinitet. Den högre affiniteten för β-antitrombin tros bero på den ökade hastigheten med vilken efterföljande konformationsförändringar inträffar inom proteinet vid initial heparinbindning. För a-antitrombin tros den ytterligare glykosyleringen vid Asn-135 inte störa initial heparinbindning, utan snarare hämma eventuella resulterande konformationsförändringar.
Även om det är närvarande vid endast 5–10 % av nivåerna av α-antitrombin, på grund av dess ökade heparinaffinitet, tros det att β-antitrombin är viktigare än α-antitrombin för att kontrollera trombogene händelser som är ett resultat av vävnadsskada. Trombinhämning efter skada på aorta har faktiskt enbart tillskrivits p-antitrombin.
Brister
Bevis för den viktiga roll antitrombin spelar för att reglera normal blodkoagulation visas av korrelationen mellan ärftliga eller förvärvade antitrombinbrister och en ökad risk för att någon drabbad individ utvecklar trombotisk sjukdom. Antitrombinbrist upptäcks i allmänhet när en patient lider av återkommande venös trombos och lungemboli .
Förvärvad antitrombinbrist
Förvärvad antitrombinbrist uppstår som ett resultat av tre distinkt olika mekanismer. Den första mekanismen är ökad utsöndring som kan uppstå vid njursvikt i samband med proteinuri nefrotiskt syndrom . Den andra mekanismen beror på minskad produktion som ses vid leversvikt eller cirros eller en omogen lever sekundärt till för tidig födsel . Den tredje mekanismen är ett resultat av accelererad konsumtion som är mest uttalad som en följd av allvarliga skadetrauma men som också kan ses i mindre skala som ett resultat av interventioner som större operationer eller kardiopulmonell bypass .
Ärftlig antitrombinbrist
Incidensen av ärftlig antitrombinbrist har uppskattats till mellan 1:2000 och 1:5000 i normalbefolkningen, där den första familjen som led av ärftlig antitrombinbrist beskrevs 1965. Därefter föreslogs att klassificeringen av ärftlig antitrombinbrist skulle betecknas som antingen typ I eller typ II, baserat på funktionella och immunokemiska antitrombinanalyser. Upprätthållande av en adekvat nivå av antitrombinaktivitet, som är minst 70 % av en normal funktionsnivå, är väsentligt för att säkerställa effektiv hämning av blodkoagulationsproteaser. Typiskt som ett resultat av typ I eller typ II antitrombinbrist reduceras funktionella antitrombinnivåer till under 50 % av det normala.
Typ I antitrombinbrist
Typ I-antitrombinbrist kännetecknas av en minskning av både antitrombinaktivitet och antitrombinkoncentration i blodet hos drabbade individer. Typ I-brist delades ursprungligen ytterligare in i två undergrupper, Ia och Ib, baserat på heparinaffinitet. Antitrombinet hos subgrupp Ia-individer visade en normal affinitet för heparin medan antitrombinet hos subgrupp Ib-individer visade en reducerad affinitet för heparin. Efterföljande funktionsanalys av en grupp av 1b-fall visade att de inte bara hade minskad heparinaffinitet utan även flera eller "pleiotrofa" abnormiteter som påverkar det reaktiva stället, heparinbindningsstället och blodkoncentrationen av antitrombin. I ett reviderat klassificeringssystem som antagits av Scientific and Standardization Committee of the International Society on Thrombosis and Hemostasis, betecknas typ Ib fall nu som typ II PE, Pleiotrofisk effekt.
De flesta fall av typ I-brist beror på punktmutationer , deletioner eller mindre insättningar i antitrombin-genen. Dessa genetiska mutationer resulterar i typ I-brist genom en mängd olika mekanismer:
- Mutationer kan producera instabila antitrombiner som antingen inte exporteras till blodet korrekt efter avslutad biosyntes eller existerar i blodet under en förkortad tidsperiod, t.ex. radering av 6 baspar i kodon 106–108.
- Mutationer kan påverka mRNA- bearbetning av antitrombin-genen.
- Mindre insertioner eller deletioner kan leda till ramskiftmutationer och för tidig avslutning av antitrombin-genen.
- Punktmutationer kan också resultera i för tidig generering av ett terminerings- eller stoppkodon, t.ex. mutationen av kodon 129, CGA → TGA ( UGA efter transkription), ersätter ett normalt kodon för arginin med ett termineringskodon.
Typ II antitrombinbrist
Typ II antitrombinbrist kännetecknas av normala antitrombinnivåer men minskad antitrombinaktivitet i blodet hos drabbade individer. Det föreslogs ursprungligen att typ II-brist skulle delas upp ytterligare i tre undergrupper (IIa, IIb och IIc) beroende på vilken antitrombinfunktion som reduceras eller bibehålls.
- Subgrupp IIa - Minskad trombininaktivering, minskad faktor Xa-inaktivering och minskad heparinaffinitet.
- Subgrupp IIb - Minskad trombininaktivering och normal heparinaffinitet.
- Subgrupp IIc - Normal trombininaktivering, normal faktor Xa-inaktivering och minskad heparinaffinitet.
I det reviderade klassificeringssystemet som återigen antogs av den vetenskapliga och standardiseringskommittén för International Society on Thrombosis and Hemostasis, förblir typ II antitrombinbrist indelad i tre undergrupper: den redan nämnda typ II PE, tillsammans med typ II RS, där mutationer påverkar reaktivt ställe och typ II HBS, där mutationer påverkar antitrombin-heparinbindningsstället. För syftet med en antitrombin-mutationsdatabas sammanställd av medlemmar av Plasma Coagulation Inhibitors Subcommittee i Scientific and Standardization Committee of the International Society on Thrombosis and Hemostasis, klassificeras nu fall av typ IIa som typ II PE, typ IIb-fall som typ II RS och typ IIc fall som typ II HBS.
Toponymer
För närvarande är det relativt lätt att karakterisera en specifik genetisk antitrombinmutation. Men före användningen av moderna karaktäriseringstekniker namngav utredarna mutationer för den stad eller stad där individen som lider av bristen bodde, dvs. antitrombinmutationen utsågs till en toponym . Modern mutationskarakterisering har sedan dess visat att många individuella antitrombintoponymer faktiskt är resultatet av samma genetiska mutation, till exempel antitrombin-Toyama, motsvarar antitrombin-Kumamoto, -Amien, -Tours, -Paris-1, -Paris-2, -Alger, -Padua-2 och -Barcelona.
Medicinsk användning
Antitrombin används som ett proteinläkemedel som kan renas från human plasma eller produceras rekombinant (till exempel Atryn, som produceras i mjölk från genetiskt modifierade getter).
Det är godkänt av FDA som ett antikoagulant för att förebygga blodproppar före, under eller efter operation eller förlossning hos patienter med ärftlig antitrombinbrist.
Det har studerats vid sepsis för att minska diffus intravaskulär koagulation och andra resultat. Det har inte visat sig ge någon fördel för kritiskt sjuka personer med sepsis.
Klyvt och latent antitrombin
Klyvning vid det reaktiva stället resulterar i infångning av trombinproteaset, med rörelse av den klyvda reaktiva platsens ögla tillsammans med det bundna proteaset, så att öglan bildar en extra sjätte sträng i mitten av beta-ark A. Denna rörelse av det reaktiva stället loop kan också induceras utan klyvning, varvid den resulterande kristallografiska strukturen är identisk med den för den fysiologiskt latenta konformationen av plasminogenaktivatorinhibitor-1 ( PAI-1). Av denna anledning benämns konformationen av antitrombin, i vilken slingan av det reaktiva stället är inkorporerad oklyvd i proteinets huvudkropp, latent antitrombin. I motsats till PAI-1 är övergången för antitrombin från en normal eller naturlig konformation till en latent konformation irreversibel.
Nativt antitrombin kan omvandlas till latent antitrombin (L-antitrombin) genom uppvärmning enbart eller upphettning i närvaro av citrat . Men utan extrem uppvärmning och vid 37 °C (kroppstemperatur) omvandlas 10 % av allt antitrombin som cirkulerar i blodet till L-antitrombinet under en 24-timmarsperiod. Strukturen för L-antitrombin visas i figur 6 .
Den 3-dimensionella strukturen av nativt antitrombin bestämdes först 1994. Oväntat kristalliserade proteinet som en heterodimer bestående av en molekyl av nativt antitrombin och en molekyl av latent antitrombin. Latent antitrombin vid bildning länkar omedelbart till en molekyl av nativt antitrombin för att bilda heterodimeren, och det är inte förrän koncentrationen av latent antitrombin överstiger 50 % av det totala antitrombinet som det kan detekteras analytiskt. Inte bara är den latenta formen av antitrombin inaktiv mot dess målkoagulationsproteaser, utan dess dimerisering med en annars aktiv nativ antitrombinmolekyl resulterar också i inaktivering av de nativa molekylerna. Den fysiologiska effekten av förlusten av antitrombinaktivitet antingen genom latent antitrombinbildning eller genom efterföljande dimerbildning förvärras av preferensen för dimerisering att ske mellan heparinaktiverat β-antitrombin och latent antitrombin i motsats till a-antitrombin.
En form av antitrombin som är en mellanprodukt i omvandlingen mellan naturliga och latenta former av antitrombin har också isolerats och detta har kallats prelatent antitrombin .
Antiangiogent antitrombin
Angiogenes är en fysiologisk process som involverar tillväxten av nya blodkärl från redan existerande kärl. Under normala fysiologiska förhållanden är angiogenes hårt reglerad och kontrolleras av en balans mellan angiogena stimulatorer och angiogena inhibitorer . Tumörtillväxt är beroende av angiogenes och under tumörutveckling krävs en ihållande produktion av angiogena stimulatoriska faktorer tillsammans med en minskning av mängden angiogena hämmande faktorer som tumörceller producerar. Den klyvda och latenta formen av antitrombin hämmar kraftigt angiogenes och tumörtillväxt i djurmodeller. Den prelatenta formen av antitrombin har visat sig hämma angiogenes in vitro men har hittills inte testats i experimentella djurmodeller.
Vidare läsning
- Panzer-Heinig, Sabine (2009). Antitrombin (III) - Etablering av pediatriska referensvärden, relevans för DIC 1992 kontra 2007 ( avhandling). Medizinische Fakultät Charité - Universitätsmedizin Berlin.
externa länkar
- MEROPS onlinedatabas för peptidaser och deras hämmare : I04.018
- Antitrombin+III vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- Mänskligt SERPINC1- genomplacering och SERPINC1- geninformationssida i UCSC Genome Browser .