Ш БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2014, том 40, № 6, с. 642-657
ОБЗОРНАЯ ^^^^^^^^^^^^^^ СТАТЬЯ
УДК 577.152.3
СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ ПЛАЗМИНОГЕН/ПЛАЗМИН
© 2014 г. Р. Б. Айсина#, Л. И. Мухаметова
Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, 119992, Москва, Ленинские горы Поступила в редакцию 24.04.2014 г. Принята к печати 30.04.2014 г.
Система плазминоген/плазмин, помимо тромболизиса, играет важную физиологическую и патологическую роль в ряде других жизненно-важных процессах: деградации внеклеточного матрикса, эмбриогенезе, миграции клеток, ремоделировании тканей, заживлении ран, ангиогенезе, воспалении и миграции опухолевых клеток. В обзоре рассмотрены структурные особенности плазминогена, регулирование его активации физиологическими активаторами плазминогена, ингибиторами плаз-мина и активаторов плазминогена, роль связывания плазминогена с фибрином, клеточными рецепторами и внеклеточными лигандами в выполнении разнообразных функций образующимся плаз-мином.
Ключевые слова: плазминоген, плазмин, активаторы плазминогена, ингибиторы, ангиостатины, фиб-ринолиз, воспаление, ангиогенез, онкогенез.
DOI: 10.7868/S0132342314060025
ВВЕДЕНИЕ
В крови циркулирует плазминоген — профермент плазмина (КФ 3.4.21.7). Плазминоген синтезируется в печени, во многих органах и тканях и значительные его количества найдены во внесо-судистых жидкостях [1, 2]. Активация плазминогена в плазмин регулируется активаторами плазминогена тканевого (1РА, КФ 3.4.21.68) и уроки-назного типа (иРА, урокиназа, КФ 3.4.21.31), ингибиторами активаторов плазминогена типа 1 и 2 (РА1-1 и РА1-2) и ингибиторами плазмина (а2-антиплазмином (а2-АР) и а2-макроглобулином (а2-Мв)). Активаторы плазминогена (1РА и иРА) специфически расщепляют одну единственную
Сокращения: PA — активаторы плазминогена; 6AHA — 6-ами-ногексановая кислота; ACE — ангиотензинпревращающий фермент; a2-AP — а2-антиплазмин; ECM — внеклеточный эн-дотелиальный матрикс; uPA — двухцепочечная урокиназа; PAI-1 и PAI-2 — ингибиторы активаторов плазминогена типа 1 и 2; K — крингл-домен; LBS — лизинсвязывающий участок; a2-MG — a2-макроглобулин; MMPs — металлопротеиназы; scuPA — одноцепочечная проурокиназа; F — пальцевидный домен; Pm — плазмин; Pg — плазминоген; Glu-Pg и Lys-Pg — Glu- и Lys-формы плазминогена; proMMPs — прометаллопро-теиназы; RAS—ренинангиотензиновая система; uPAR — рецептор урокиназы и проурокиназы; VEGF — сосудистый эндотелиальный фактор роста; NTP — Л-терминаль-ный пептид; tPA — тканевый активатор плазминогена; fAM-CHA — транс-(4-аминометил)циклогексанкарбоновая кислота (или транексамовая кислота); PDGF — фактор роста тромбоцитов; FGF — фактор роста фибробластов; EGF — эпи-дермальный домен фактора роста.
#Автор для связи (тел.: +7 (495) 939-50-83; факс: +7 (495) 939-54-17; эл. почта: aisina2004@mail.ru).
активационную связь Аг§561-Уа1562 в одноцепо-чечной молекуле плазминогена, в результате чего образуется двухцепочечный фермент плазмин. Появились данные о том, что некоторые проте-азы, такие как калликреин, факторы Х1а и Х11а также способны активировать плазминоген [3, 4]. Для понимания механизмов вовлечения плазми-на в различные физиологические и патологические процессы необходимо рассмотреть структурные особенности плазминогена, его активаторов, ингибиторов активаторов и ингибиторов плазмина, участвующих в регуляции активности системы плазминоген/плазмин, их взаимодействие друг с другом при связывании с фибрином, клеточными рецепторами и внеклеточными ли-гандами.
Под термином "система плазминоген/плазмин" в статье подразумевается комплексное действие плазминогена, его активаторов, ингибиторов активаторов и ингибиторов плазмина (табл. 1), т.е. рассматривается роль плазмина не только в фибрино-лизе, но и в ряде других физиологических и патологических процессах, в которых фибрин либо не участвует, либо не играет доминирующей роли.
Следующие разделы статьи посвящены рассмотрению структуры отдельных ключевых компонентов системы плазминоген/плазмин и влияния связывания их с фибрином, клеточными рецепторами и лигандами внеклеточного эндо-телиального матрикса (ЕСМ) на специфические взаимодействия их друг с другом.
Таблица 1. Биохимическая характеристика основных компонентов системы плазминоген/плазмин [5, 6]
Компонент Аминокислоты Мол. масса, кДа Концентрация в плазме Время полужизни в плазме Активный центр
Плазминоген 791 93 0.2 мг/мл 53 ч (Glu-Pg) 19 ч (Lys-Pg) His603 Asp646 Ser741
Тканевый активатор плазминогена (1РА) 530 70 5—10 нг/мл 3—5 мин His322 Asp371 Ser478
Урокиназа (иРА) 411 55/33 1 нг/мл 5—10 мин His204 Asp255 Ser356
а2-Антиплазмин (а2-АР) 452 67 0.07 мг/мл 50 ч Arg364 Met365
а2-Макроглобулин (а2-МО) 4 х 160 2.5 мг/мл - -
Ингибитор активаторов плазминогена типа 1 (РА1-1) 379 52 50 нг/мл 5-7 мин Arg346 Met347
Ингибитор активаторов плазминогена типа 2 (РА1-2) 393 46/60 <5 нг/мл - Arg358 Thr359
ПЛАЗМИНОГЕН
Структура плазминогена. Нативный Glu-плаз-миноген является одноцепочечным гликопротеи-ном (Glu в качестве ^-концевой аминокислоты, 2% углеводов, 93 кДа), который содержит ^-терминальный пептид (NTP), пять гомологичных крингл-доменов (K1—К5) и протеазный домен (PD) (рис. 1). Каждый крингл содержит около 80 а.о., скрепленных тремя дисульфидными связями [7, 8]. В присутствии следовых концентраций плазмина отщепляется NTP (остатки 1—77) и образуется Lys-плазминоген (85 кДа, Lys-Pg), ^-конце-вой аминокислотой которого является лизин или метионин. После расщепления специфической связи Arg561-Val562 активаторами плазминогена (PA) с одновременным отщеплением NTP одно-цепочечный Glu-плазминоген превращается в двухцепочечный плазмин, в котором "тяжелая" А-цепь (60 кДа) и "легкая" B-цепь (25 кДа) соединены двумя дисульфидными связями. Активный центр плазмина, содержащий триаду аминокислотных остатков Ser741, His603 и Asp646, локализован в "легкой" B-цепи (в PD) [7].
Особенностью плазмин(оген)а является наличие в его кринглах лизинсвязывающих участков (LBS), обеспечивающих связывание плаз-мин(оген)а с фибрином, а2-антиплазмином, клеточными рецепторами и внеклеточными лиган-дами, сродство к которым отдельных кринглов разное. Отдельные кринглы К1, К4 и К5 или их комбинации рассматриваются как связующее звено между плазминогеном и различными типами клеток [9, 10] и фибрином [11]. Крингл 1 обла-
дает высоким сродством к 6-аминогексановой кислоте и аминогексиловым лигандам [12], а также к а2-антиплазмину [13] и к богатым гистидином гликопротеинам [14]. Сродство к интакному фибрину, содержащему только внутренние лизины, — низкое у крингла 1, умеренное у крингла 2 и высокое у крингла 5, в то время как крингл 4 практически не имеет сродства к интактному фибрину, хотя может взаимодействовать с частично деградированным фибрином, содержащим С-концевые лизины [11]. Крингл 5 обладает самым высоким сродством к эндотелиальным клеткам человека, то есть взаимодействие плазминогена с эндотелиальными клетками происходит в основном через крингл 5 [10].
В зависимости от условий молекула плазминогена может принимать разные конформации. Glu-плазминоген может иметь компактную "закрытую" а-конформацию, которая поддерживается двумя внутримолекулярными взаимодействиями (между LBS на крингле 5 и ^-терминальным пептидом, и между LBS на крингле 4 и лигандом на крингле 3), "полуоткрытую" Р-конформацию, когда одно из двух взаимодействий еще сохраняется, и полностью "открытую" у-конформацию при разрушении обоих лизинзависимых внутримолекулярных взаимодействий [15]. Lys-плазминоген, лишенный ^-терминального пептида, может иметь только в- или у-конформацию и активируется быстрее, чем Glu-плазминоген [16].
Ингибиторы плазмина (L-лизин и структурно подобные ему ю-аминокислоты — 6-аминогексано-вая (6AHA) и транексамовая кислоты (iAMCHA)) в низких концентрациях повышают, а в высоких —
Рис. 1. Структура молекулы 01и-плазминогена [8]: РВ — протеазный домен плазмина (остатки \&1562-Абп791); К1 — К5 — крингл-домены; КТР — ^-терминальный пептид (остатки 1—77); — центры гликозилирования; большая стрелка с надписью РА — пептидная связь А^561-"Ш1562, расщепляемая активаторами плазминогена; маленькие стрелки — места расщепления другими протеазами; * — остатки цистеинов, образующих 8=8-связь между К2 и К3; • — аминокислоты активного центра фермента Н603, В646, 8741.
ингибируют активациию Glu-плазминогена под действием uPA и tPA [17], а также рекомбинантной стафилокиназы [18]. Причиной стимулирующего эффекта низких концентраций ю-аминокислот, которые связываются с LBS крингла 5, является разрушение одной внутримолекулярной связи и переход "закрытой" конформации Glu-плазми-ногена в легче активируемую "полуоткрытую" конформацию. С другой стороны, ю-аминокис-лоты вызывают дозозависимое торможение фибринолиза, индуцированного uPA, tPA [17], стафилокиназой [18] и стрептокиназой [19], что объясняется насыщением этими ингибиторами высокоаффинных LBS плазминогена и вытеснением его с поверхности фибрина. Таким образом, при связывании плазминогена через кринглы с высоко- и низкомолекулярными лигандами его молекула приобретает более открытую, легче активируемую конформацию.
В плазме крови плазминоген присутствует в виде двух гликоформ, имеющих одинаковую аминокислотную последовательность [7]. Гликоформа 1
содержит 0-связанную и ^-связанную углеводные цепи, а гликоформа 2 — только 0-связанную углеводную цепь. ^-Связанный олигосахарид расположен на крингле 3 (на Asn289), а 0-связанный олигосахарид — между кринглами 3 и 4 (на Thr346) (рис. 1). Гликоформа 1 активируется под действием uPA и tPA медленнее, чем гликоформа 2 [20]. На примере активации Glu- и Lys-форм плазми-ногена, индуцированной стафилокиназой, нами показано, что меньшая скорость активации глико-формы 1, по сравнениию с гликоформой 2, вызвана увеличенным значением KPg активации глико-формы 1 при идентичных с гликоформой 2 значениях kPg [21]. Фибрин стимулирует активацию гликоформы 2 обоих плазминогенов (снижение KPg) в большей степени, чем активацию их гликоформы 1. Следователь
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.