Энрико Ди Сера, доктор медицины, заведующий кафедрой биохимии и молекулярной биологии Эдварда А. Дойзи в университете Сент-Луиса, изучает тромбин, ключевой витамин К-зависимый белок свертывания крови, и его неактивный предшественник протромбин (или фактор свертывания крови II).«Протромбин необходим для жизни и является наиболее важным фактором свертывания крови», — сказал Ди Сера. «Мы с гордостью сообщаем, что нашей лаборатории здесь, в SLU, наконец-то удалось впервые кристаллизовать протромбин».Свертывание крови давно обеспечивает наше выживание, останавливая кровопотерю после травмы.
Однако при неправильных обстоятельствах свертывание крови может привести к изнурительным или смертельным состояниям, таким как сердечный приступ, инсульт или тромбоз глубоких вен.Прежде чем тромбин становится активным, он циркулирует по крови в неактивной (зимогеновой) форме, называемой протромбином. Когда активный фермент необходим (например, после повреждения сосуда), запускается каскад коагуляции, и протромбин превращается в активный фермент тромбин, вызывающий свертывание крови.
Рентгеновская кристаллография — один из инструментов в арсенале ученых для понимания процессов на молекулярном уровне. Он предлагает способ получить «моментальный снимок» структуры белка. В этом методе ученые выращивают кристаллы белка, который они хотят изучить, стреляют в них рентгеновскими лучами и записывают данные о том, как лучи рассеиваются кристаллами.
Затем они используют компьютерные программы для создания изображения белка на основе этих данных.Как только ученые смогут визуализировать трехмерную структуру молекулы, они могут приступить к изучению того, как белок функционирует и взаимодействует с другими молекулами в организме или с лекарствами.
В прошлом году Ди Сера и его коллеги опубликовали первую структуру протромбина. В этой первой структуре отсутствовал домен, отвечающий за взаимодействие с мембранами, а некоторые другие участки не были обнаружены с помощью рентгеновского анализа. Хотя ученым удалось кристаллизовать белок, в структуре были неупорядоченные области, которые они не могли видеть.Внутри протромбина есть два крингл-домена (петлевые участки белка, названного в честь скандинавского теста), соединенные «линкерной» областью, что заинтриговало исследователей SLU из-за своего внутреннего нарушения.
«Мы удалили этот линкер, и кристаллы выросли за несколько дней вместо месяцев, впервые раскрывая полную архитектуру протромбина», — сказал Ди Сера.В дополнение к этому замечательному открытию Ди Сера и его коллеги обнаружили, что удаленная версия протромбина активируется до тромбина намного быстрее, чем интактный протромбин.
Структура без неупорядоченного линкера фактически оптимизирована для превращения в тромбин и раскрывает ключевую информацию о механизме активации протромбина.Более четырех десятилетий ученые пытались кристаллизовать протромбин, но безуспешно.
«Нам потребовалось почти два года, чтобы обнаружить, что неупорядоченный линкер был ключом», — сказал Ди Сера. «Наконец, протромбин раскрыл свои секреты, и с этим молекулярный механизм ключевой реакции свертывания крови, наконец, становится поддающимся рациональному дизайну лекарств для терапевтического вмешательства».
