Az antitrombint nevezik antitrombin III-nak (AT III) is. Az antitrombin I–IV jelölések Seegers, Johnson és Fell 1950-es években megjelent tanulmányaira vezethetők vissza.
Az antitrombin I (AT I) a nem katalitikus trombinkötő helyen történő trombin–fibrin kötésre utal. Az antitrombin II (AT II) egy plazmakofaktorra utal, mely a heparinnal együtt a trombin–fibrinogén kölcsönhatást zavarja meg. Az antitrombin III (AT III) egy trombint inaktiváló plazmabeli anyagra utal. Az antitrombin IV egy, a véralvadás során és kevéssel azután aktiválódó antitrombin. Csak az AT III és feltehetően az AT I jelentősek orvosilag. Az AT III-t általában egyszerűen antitrombinnak nevezik, e szócikk erről az antitrombinról szól.
Az antitrombin felezési ideje a plazmában mintegy 3 nap. A humán vérplazma normál antitrombin-koncentrációja kb. 0,12 g/l, molaritásként kifejezve kb. 2,3 μM. Emberen kívül sok más faj plazmájában is kimutattak antitrombint. Fehérje- és cDNS-szekvenálás alapján a marha-, bárány-, nyúl- és egérantitrombinok mind 433 aminosavból állnak, 1-gyel többől, mint a humán – az aminosavtöbblet feltehetően a 6. aminosavban található. A marha-, bárány-, nyúl-, egér- és humán antitrombinok szekvenciaazonossága 84–89% közti. 3 ciszteinpár közt belső diszulfidkötés van, ezek a C8–C128, C21–C95 és C248–C430. Mindegyik antitrombin 4 lehetséges N-glikozilációs hellyel rendelkezik, ezek embernél az N96, N135, N155 és N192 közelében találhatók, más fajokban hasonló helyeken. Mindegyik helyet kovalensen kötött oligoszacharid-oldalláncok foglalják el a leggyakoribb humán antitrombinban, az α-antitrombinban, így ennek molekulatömege 58,2 kDa. A 135. aszparagin glikozilációs helye a β-antitrombinban szabad (vö. 1. ábra).
A humán antitrombinhoz hasonló rekombináns antitrombinok állíthatók elő bakulovírussal fertőzött rovar- és emlőssejtkultúrákban. E rekombináns antitrombinok általában a normálistól eltérő glikozilációs mintát követnek, és gyakran használják az antitrombin-szerkezet tanulmányozásában. Ezért sok, a Protein Data Bankben található antitrombin-szerkezet változó glikozilációs mintát mutat.
Az antitrombin natív állapotában alakul ki, melynek szabad energiája a látensénél magasabb, mellyé átlagosan 3 nap után bomlik. Ez az aktivált – vagyis a trombingátló – állapothoz hasonló alakú.
Funkció
2. ábra: Az R393–S394 kötés a molekula felszínén lévő kör része. Ez a reaktív helyi kör (RSL) vagy reaktív központi kör (RCL).3. ábra: A humán antitrombin reaktív központi körének szekvenciája. Ennek részei a 377–400. (Schuster–Berger-jelöléssel P1–P17 és P1′–P7′) aminosavak. A reaktív kötést nyíl jelöli.
Az antitrombin szerpin (szerinproteáz-gátló), és a legtöbb plazmaproteáz-gátlóhoz (például α1-antichimotripszin, α2-antiplazmin és heparinkofaktor II) hasonló szerkezetű.
Az antitrombin fiziológiás célproteázai a véralvadás kontaktaktivációs útjának (korábban belső út) tagjai – a Xa, IXa, XIa, XIIa faktorok és különösen a trombin –, emellett a szövetifaktor-út (korábban külső út) VIIa faktorához is köt. Ezenkívül inaktiválja a véralvadásban szintén részt vevő kallikreint és plazmint. Azonban inaktivál más szerinproteázokat is, melyek nem a véralvadás részei, például a tripszint és a klasszikus komplementútban részt vevő C1 enzim Cls-alegységét.
A proteázinaktiváció a proteáz–antitrombin ekvimoláris komplex következménye, melyben a proteáz aktív helye szubsztrátja által elérhetetlen. Az antitrombin–proteáz komplex keletkezése a proteáz és az antitrombin reaktív peptidkötése közti kölcsönhatásból származik. Humán antitrombinban ez az R393 és az S394 közt van (vö. 2. és 3. ábra).
Feltehetően a proteázok inaktív antitrombin–proteáz komplexben csapdázódnak a reaktív kötéssel való kölcsönhatás miatt. Bár hasonló kötés normál proteázszubsztrátban a szubsztrát gyors proteolízisét eredményezi, az antitrombinnal való kölcsönhatás az antitrombint aktiválja, és a proteolízis köztes állapotában csapdába ejti. Idővel a trombin lebonthatja az antitrombinon belüli kötést, és az inaktív antitrombin–trombin komplex disszociálhat, de ennek időtartama 3 napnál hosszabb lehet. Azonban a P3–P4 és P1′-P2′ kötéseket gyorsan lebonthatja a neutrofilelasztáz, illetve a bakteriális termolizin, melyek a trombingátlásra képtelen, inaktív antitrombint eredményeznek.
Az antitrombin proteázgátló sebességét jelentősen növeli a heparinhoz való kötése, míg a neutrofilelasztáz inaktiválja.
Antitrombin és heparin
Az antithrombin inaktiválja fiziológiás célenzimjeit, a trombint, a Xa és IXa faktorokat, ennek sebességi állandója 7–11·103, 2,5·103 és 10 M-1 s-1 respectively. Az antitrombin–trombin inaktiváció sebessége 1,5–4·107 M-1 s-1-ig nő heparin jelenlétében, vagyis 2000–4000-szeresére gyorsul a reakció. A Xa faktor gátlását csak 500–1000-szeresére gyorsítja a heparin, maximális sebességi állandója mintegy tizede a trombingátlásénak. Az antitrombin–IXa faktor gátlást fiziológiás kalciumszint esetén a heparin mintegy 106-szorosára gyorsítja.
Az AT III egy, a heparinban lévő speciális szulfatált pentaszacharidhoz (GlcNAc/NS(6S)-GlcA-GlcNS(3S,6S)-IdoA(2S)-GlcNS(6S)) köt.
E pentaszacharid kötésekor a proteázaktivitás-gátlást a heparin 2 mechanizmus eredményeként növeli: a IXa és Xa faktor gátlásának heparin általi stimulációját az antitrombin reaktív helyi körét érintő konformációs változás okozza, így allosztérikus. Egy másik mechanizmus szerint a trombingátlás-stimuláció az AT III–trombin–heparin hármas komplex eredménye.
Allosztérikus aktiváció
4. ábra: Az antitrombin 2 kristályszerkezete. A B modell pentaszachariddal alkotott komplex, az A modell nem komplex.
A IXa és Xa faktor megnövekedett gátlása a heparin pentaszacharid-szekvenciáját igényli. Az antitrombinban a pentaszacharid-kötés hatására történő konformációs változások jól ismertek.
Heparin hiányában a P14 és P15 aminosavak a fehérje A β-redőjébe ágyazódnak. Ez más szerpinekkel, például a heparinkofaktor II-vel, α1-antichimotripszinnel és MENT-tel közös jellemző.
A IXa és Xa faktor gátlásában legjelentősebb konformációs változás a P14 és P15 aminosavakat érinti a reaktív helyi kör N-terminális részében (a 4. ábra B modelljében kiemelve). Ez a zsanérrégió. Az itt a heparinkötés miatt történő konformációváltozás kiemeli a P14 és P15 aminosavakat a fehérje fő részéből, e változás gátlása megszünteti a IXa és Xa faktor inhibíciójának növelését. A reaktív helyi kör konformációs változás miatt megnövekedett rugalmassága fontos tényező a IXa és Xa faktorok gátlásának növelésében. A pentaszacharid nélkül csak minden 400. antitrombin (0,25%) aktív, és rendelkezik kiemelt P14 és P15 aminosavakkal.
Nem allosztérikus aktiváció
5. ábra: Antitrombin–trombin–heparin hármas komplex szerkezete.
A trombingátlás-növelés a minimális heparin-pentaszacharidot és további 13 monomert igényel. Ennek oka feltehetően az, hogy az antitrombinnak és a trombinnak szomszédosnak kell lennie a heparinláncon. Ez látható az 5. ábrán lévő modellsorozaton.
Az 5. ábra szerkezeteiben a reaktív helyi kör C-terminális része (P′ oldal) nyújtott konormációban van más inaktív vagy heparinaktivált antitrombinokhoz képest. Az antitrombin P′ része különösen hosszú más szerpinek P′ részéhez képest, és inaktív vagy heparinaktivált antitrombinok hidrogénkötéssel szorosan összetartott β-fordulót alkotnak.
Az antitrombin zsanérrésze az 5. ábrán lévő komplexben nem modellezhető konformációs rugalmassága miatt, és a P9–P14 aminosavak nem láthatók a szerkezetben. E konformációs rugalmasság alapján a komplexben egyensúly lehet a belső és külső P14–P15 aminosavakkal rendelkező antitrombinok közt. Ezt támasztja alá, hogy a P15-glicin helyének elemzése (B modell), ahol az A β-redőbe ágyazódik (vö. C modell).
A glikoziláció hatása az aktivitásra
Az α- és β-antitrombin eltérő heparinaffinitásúak. A kettő disszociációs állandója közti különbség 3-szoros a 3. ábrán lévő pentaszacharid esetén, és több mint 10-szeres teljes hosszú heparin esetén, ahol a β-antitrombin affinitása magasabb. A β-antitrombin magasabb affinitását feltehetően a megnövekedett konformációs változási sebesség okozza a heparinkötés után: α-antitrombin esetén az Asn-135 további glikozilációja nem zavarja a kezdeti heparinkötést, csak gátolja az amiatti konformációs változásokat.
Bár az koncentrációja az α-antitrombinénak csak 5–10%-a, nagyobb heparinaffinitása miatt a β-antitrombin fontosabb, mint az α-antitrombin a szöveti sérülés miatti trombogén események irányításában. Az aortasérülés utáni trombingátlást kizárólag a β-antitrombinnak tulajdonítják.
Deficienciák
Az antitrombin normális véralvadás szabályzásában játszott fontos szerepéről szóló bizonyíték a genetikai vagy szerzett antitrombin-deficiencia és a megnövekedett trombóziskockázat közti kapcsolat. Az antitrombin-deficiencia általában ismétlődő vénás trombózis vagy tüdőembólia során derül ki.
Szerzett antitrombin-deficiencia
A szerzett antitrombin-deficiencia 3 eltérő mechanizmus eredménye lehet. Az első a megnövekedett exkréció, mely proteinuriával összefüggő veseelégtelenség (nephrosis) következménye lehet. A második a csökkent termelés, mely májelégtelenség, cirrózis vagy koraszülöttség miatt éretlen máj következménye. A harmadik gyorsult fogyasztás következménye, mely lehet súlyos sérülés, nagy műtétek vagy cardiopulmonaris bypass következménye.
Genetikai antitrombin-deficiencia
A genetikai antitrombin-deficiencia incidenciája átlagosan 1:2000–1:5000, az első genetikai antitrombin-deficienciás családot 1965-ben írták le. Később a genetikai antitrombin-deficienciát I. és II. típusba sorolták funkciós és immunkémiai antitrombin-elemzések alapján. A megfelelő antitrombin-aktivitás – mely a normálisnak legalább 70%-a – fontos a hatékony véralvadásiproteáz-gátláshoz. I. vagy II. típusú antitrombin-deficiencia esetén a működőantitrombin-szint a normális 50%-ánál kisebb.
I. típusú antitrombin-deficiencia
Az I. típusú antitrombin-deficienciát antitrombinaktivitás- és -koncentráció-csökkenés egyaránt jellemzi. Eredetileg az I. típust Ia és Ib csoportokra osztották heparinaffinitás alapján. Az Ia alcsoport normál, az Ib alcsoport csökkent heparinaffinitást mutatott. Későbbi unkcionális elemzések egy Ib típusú csoportról nemcsak csökkent heparinaffinitást, hanem pleiotrop abnormalitásokat mutattak a reaktív, a heparinkötő hely és az antitrombinszint terén. A Nemzetközi Trombózis- és Hemosztázis-társaság Tudományos és Szabványügyi Bizottsága az Ib típusú eseteket II. PE típusúvá (pleiotrop hatás) minősítette.
Az I. típusú antitrombin-deficienciát általában a SERPINC1 gén pontmutációi, deléciói vagy kis inzertációi okozzák. Ezek számos mechanizmus révén okoznak I. típusú deficienciát:
A mutációk instabil antitrombint okoznak, mely nem kerül megfelelően a vérbe a bioszintézis vége után, vagy csak rövidebb ideig marad vérben, például 6 bázispár deléciója a 106–108. kodonban ilyen.
Kis inzertációk vagy deléciók kereteltolódásos mutációt és az antitrombingén idő előtti végét okozzák.
A pontmutációk idő előtti stopkodont okoznak, például a 129. kodon CGA→TGA (transzkripció után UGA) mutációja a normális argininkodont stopkodonra cseréli.
Az intron–exon határhoz közel vagy nem kódoló szakaszokban történő mutációk hibás splicingot okoznak.
Az antitrombin-deficienciás esetek kis részében nincs valószínű betegségokozó SERPINC1-variáns. Azonban a poszttranszlációs glikozilációs hibák magyarázhatják egyes ilyen esetek antitrombin-deficienciáját.
II. típusú antitrombin-deficiencia
A II. típusú antitrombin-deficienciát normál antitrombinszint, de csökkent antitrombin-aktivitás jellemzi. Eredetileg a II. típust eredetileg 3 alcsoportba (IIa, IIb, IIc) osztották a megtartott vagy csökkent antitrombin-funkciók alapján:
IIa – Csökkent trombingátlás, Xa faktor csökkent gátlása és csökkent heparinaffinitás.
IIb – Csökkent trombingátlás, Xa faktor csökkent gátlása és normál heparinaffinitás.
IIc – Normál trombingátlás, Xa faktor normál gátlása és csökkent heparinaffinitás.
A frissített rendszerben a II. típusú antitrombin-deficiencia továbbra is 3 alcsoportba osztható: ezek a II PE, a II RS – ahol a mutációk a reaktív helyet érintik – és a II HBS – ahol a mutációk a heparinkötő helyet érintik. A Nemzetközi Trombózis- és Hemosztázis-társaság Tudományos és Szabványügyi Bizottsága Plazmakoagulációgátló-albizottsága antitrombin-mutációs adatbázisában a IIa csoport a II PE, a IIb csoport a II RS, a IIc csoport a II HBS megfelelője.
Toponimák
A 21. században viszonylag könnyű egy meghatározott antitrombin-mutáció vizsgálata, de a modern leírótechnikák előtt a kutatók a mutációkat arról a településről nevezték el, ahol felfedezték – toponimát rendeltek hozzá. A modern mutációvizsgálat kimutatta, hogy számos toponima azonos mutációhoz kötődik, például az antitrombin-Tojama az antitrombin-Kumamoto, -Amiens, -Tours, -Párizs–1 és –2, -Algír, –Padova–2 és -Barcelona mutációkkal azonos.
Orvosi használat
Az antitrombint terápiás fehérjeként használják, mely humán plazmából izolálható, vagy rekombinánsan előállítható (példa erre az Atryn, mely genetikailag módosított kecskék tejében található).
Ezenkívül antikoagulánsként az FDA Elfogadta használatát műtét vagy szülés előtti, alatti és utáni trombusgátlásra genetikai antitrombin-deficienciás betegekben.
A reaktív helynél történő bontás a trombint csapdába ejti, ahol a bontott reaktív helyi kör a kötött proteázzal együtt mozog, így a kör 6. szálat alkot az A β-redő közepén. Ez bontás nélkül is indukálható a látens plazminogénaktivátor-inhibitor 1-ével azonos kristályszerkezetet adva. Ezért az antitrombin azon konformációja, melyben a reaktív helyi kör bontatlan, de belül van, a látens antitrombin. A PAI-1-gyel szemben azonban az antitrombin látenssé válása irreverzibilis.
A natív antitrombin látenssé (L-antitrombin) alakítható önmagában vagy citromsavval együtt történő hevítés hatására. Azonban rendkívüli hevítés nélkül, 37°C-on a vérben lévő antitrombin 10%-a L-antitrombinná alakul 24 óra alatt. Az L-antitrombin szerkezete a 6. ábrán van.
A natív antitrombin 3 dimenziós szerkezetét először 1994-ben határozták meg. A fehérje ekkor 1 natív és 1 látens antitrombinból álló heterodimerként kristályosodott ki. A látens antitrombin kialakulásakor natív antitrombinhoz kötve heterodimert alkot, és csak akkor mutatható ki a látens antitrombin, ha a teljes antitrombin-mennyiség 50%-át meghaladja mennyisége. Amellett, hogy a koagulációs proteázokkal szemben inaktív a látens antitrombin, dimerizációja egyébként aktív natív antitrombinnal a natív molekulát is inaktiválja. Az antitrombinaktivitás-vesztés fiziológiás hatása látensantitrombin-keletkezés vagy dimerizáció hatására jelentősebb, ha heparinaktivált β-antitrombin és látens antitrombin közti a dimer, mint ha α-antitrombin a dimer tagja.
Az antitrombin natív és látens formái közti átmenet is ismert, ez a prelátens antitrombin.
Antiangiogén antitrombin
Az angiogenezis fiziológiás folyamat, mely korábbi erekből hoz létre új ereket. Fiziológiás körülmények közt az angiogenezis erősen szabályzott, és az angiogén stimulátorok és az angiogenezis-gátlók egyensúlya irányítja. A tumornövekedés angiogenezis-függő, tumorfejlődés során folyamatos angiogénstimulátor- és alacsony angiogenezisgátló-termelés jellemző. A lebontott és a látens antitrombin inhibeálhatják állatokban az angiogenezist és a tumornövekedést. A prelátens antitrombin in vitro szintén gátolja az angiogenezist, de állatokban ezt nem vizsgálták.
↑Collen D, Schetz J, de Cock F, Holmer E, Verstraete M (1977. február). "Metabolism of antithrombin III (heparin cofactor) in man: effects of venous thrombosis and of heparin administration". European Journal of Clinical Investigation. 7 (1): 27–35. doi:10.1111/j.1365-2362.1977.tb01566.x. PMID65284. S2CID22494710.
↑Conard J, Brosstad F, Lie Larsen M, Samama M, Abildgaard U (1983). "Molar antithrombin concentration in normal human plasma". Haemostasis. 13 (6): 363–368. doi:10.1159/000214823. PMID6667903.
↑Olson ST, Sheffer R, Francis AM (1993. november 16.). "High molecular weight kininogen potentiates the heparin-accelerated inhibition of plasma kallikrein by antithrombin: role for antithrombin in the regulation of kallikrein". Biochemistry. 32 (45): 12136–12147. doi:10.1021/bi00096a026. PMID7692967.
↑Ogston D, Murray J, Crawford GP (1976. szeptember). "Inhibition of the activated Cls subunit of the first component of complement by antithrombin III in the presence of heparin". Thrombosis Research. 9 (3): 217–222. doi:10.1016/0049-3848(76)90210-3. PMID982345.
12Schreuder HA, de Boer B, Dijkema R, Mulders J, Theunissen HJ, Grootenhuis PD, Hol WG (1994. január). "The intact and cleaved human antithrombin III complex as a model for serpin-proteinase interactions". Nature Structural Biology. 1 (1): 48–54. doi:10.1038/nsb0194-48. PMID7656006. S2CID39110624.
↑Turk B, Brieditis I, Bock SC, Olson ST, Björk I (1997. június). "The oligosaccharide side chain on Asn-135 of alpha-antithrombin, absent in beta-antithrombin, decreases the heparin affinity of the inhibitor by affecting the heparin-induced conformational change". Biochemistry. 36 (22): 6682–6691. doi:10.1021/bi9702492. PMID9184148.
12Sas G (1984). "Hereditary antithrombin III deficiency: biochemical aspects". Haematologia. 17 (1): 81–86. PMID6724355.
12Lane DA, Olds RJ, Boisclair M, Chowdhury V, Thein SL, Cooper DN, Blajchman M, Perry D, Emmerich J, Aiach M (1993. augusztus). "Antithrombin III mutation database: first update. For the Thrombin and its Inhibitors Subcommittee of the Scientific and Standardization Committee of the International Society on Thrombosis and Haemostasis". Thrombosis and Haemostasis. 70 (2): 361–369. doi:10.1055/s-0038-1649581. PMID8236149. S2CID43884122.
↑Olds RJ, Lane DA, Beresford CH, Abildgaard U, Hughes PM, Thein SL (1993. április). "A recurrent deletion in the antithrombin gene, AT106-108(-6 bp), identified by DNA heteroduplex detection". Genomics. 16 (1): 298–299. doi:10.1006/geno.1993.1184. PMID8486379.
↑de la Morena-Barrio ME, Martínez-Martínez I, de Cos C, Wypasek E, Roldán V, Undas A, van Scherpenzeel M, Lefeber DJ, Toderici M, Sevivas T, España F, Jaeken J, Corral J, Vicente V (2016. augusztus). "Hypoglycosylation is a common finding in antithrombin deficiency in the absence of a SERPINC1 gene defect". Journal of Thrombosis and Haemostasis. 14 (8): 1549–1560. doi:10.1111/jth.13372. PMID27214821.
↑Wardell MR, Chang WS, Bruce D, Skinner R, Lesk AM, Carrell RW (1997. október). "Preparative induction and characterization of L-antithrombin: a structural homologue of latent plasminogen activator inhibitor-1". Biochemistry. 36 (42): 13133–13142. doi:10.1021/bi970664u. PMID9335576.
↑Carrell RW, Huntington JA, Mushunje A, Zhou A (2001. július). "The conformational basis of thrombosis". Thrombosis and Haemostasis. 86 (1): 14–22. doi:10.1055/s-0037-1616196. PMID11487000. S2CID21452323.
Ez a szócikk részben vagy egészben az Antithrombin című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
