Образование и структурные особенности протеина С

Протеин С(РС) – один из факторов протромбинового комплекса, профермент активированного протеина С (АРС), природного антикоагулянта, прерывающего процесс тромбиногенеза. Структура имеет высокую степень гомологии с прокоагулянтными факторами VII, IX и X.

Впервые ингибитор образования тромбина из протромбинового комплекса крови, названный аутопротромбин II-A, был открыт в 1960г в лаборатории Сигерса (США). В 1969г ингибитор был получен из продуктов протеолиза тромбином белков протромбинового комплекса в лаборатории биохимии и физиологии свертывания крови МГУ (Баскова, Струкова). В 1976 году Дж.Стенфло выделил, очистил ингибитор из плазмы быка и назвал его протеином С, поскольку при хроматографии протромбинового комплекса фракция белка с ингибиторной активностью элюировалась третьей по счету, после прокоагулянтных факторов X и протромбина.

Протеин С синтезируется в печени в форме одноцепочечной молекулы, как все витамин К-зависимые белки. Кроме того, РС обнаружен в почках, яичках, эндотелии сосудов, кератиноцитах кожи человека, а также мозге и легких.

Профермент состоит из нескольких доменов: аминоконцевого (NH2) отрицательно заряженного; двух доменов, подобных эпидермальному фактору роста (EGF); связывающего дипептида (Lys156-Arg157); пептида активации и трипсиноподобного протеазного (SP) домена на карбоксильном(СООН) конце молекулы (Табл РИС). В результате посттрансляционной модификации молекулы происходят следующие изменения структуры профермента:1) выщепление связывающего дипептида Lys156-Arg157 и превращение одно-цепочечной формы в двух цепочечную молекулу, состоящую из тяжелой и легкой цепей, соединенных дисульфидной связью; 2) дополнительное γ - карбоксилирование девяти остатков глутаминовой кислоты NH2 конца легкой цепи РС и образование Гла-домена; 3) гидроксилирование остатка Asp в EGF1 домене; 4) гликозилирование.

Кроме Гла-домена, легкая цепь протеина С содержит два домена, подобных эпидермальному фактору роста (EGF1 и EGF2 домены) (Табл. 3).

Тяжелая цепь протеина С содержит короткий отрицательно заряженный пептид активации Lys158-Arg169 и домен сериновой протеиназы (SP).

Рис. 4. Cтруктура протеина C

Активация

Протеин С циркулирует в крови в форме профермента. Превращение профермента РС в сериновую протеиназу- активированный протеин С (АРС) происходит вследствие расщепления тромбином одной пептидной связи Arg169 - Leu170 в тяжелой цепи протеина С человека и освобождения отрицательно заряженного 12-членного пептида активации (Lys158-Arg169). При активации РС быка отщепляется 14-членный пептид.

На поверхности эндотелия сосудов тромбин, образуемый в низкой (нМ) концентрации на стадии инициации свертывания крови, связывается со своим высокоаффинным рецептором тромбомодулином (ТМ). Тромбин в комплексе с ТМ активирует расщепление РС, связанного со своим специфическим рецептором -EPCR (эндотелиальным рецептором протеина С), в сериновую протеиназу – активированный протеин С (АРС) (Рис. 6)

ТМ- первая мишень тромбина на эндотелии. Для сравнения, константа связывания тромбина со специфическим субстратом – фибриногеном, на три порядка выше. При связывании с ТМ изменяется конформация тромбина и повышается сродство фермента к субстрату - протеину С. Связывание тромбина через анион – связывающий сайт 1 (ABE1) с ТМ ускоряет в 100 раз активацию протеина С. Тромбин, связанный с ТМ теряет свои прокоагулянтные свойства: способность взаимодействовать с PAR1 рецептором и индуцировать агрегацию тромбоцитов, активировать клетки эндотелия и факторы V и VIII (Рис 8). Модифицированный тромбомодулином тромбин приобретает антикоагулянтные свойства, быстро превращая протеин С в активную форму- АРС.

ТМ - трансмембранный эндотелиальный белок сосудов, преимущественно капиллярного русла. ТМ обнаружен в печени, легких, сердце, крови и др тканях (Таблица). В структуре тромбомодулина выявлены NH2 домен, подобный лектину, шесть доменов, подобных эпидермальному фактору роста (EGF), домен, связывающий сульфат хондроитина, трансмембранный домен и короткий цитоплазматический хвост. Участок связывания тромбина, необходимый для быстрой активации протеина С, локализован в 5-6 EGF доменах.

За связывание и активацию протеина С тромбином отвечает четвертый EGF домен ТМ (Табл. 3). При активации положительно заряженные участки (петли 37, 60 и 70) протеина С одновременно взаимодействуют с тромбином и ТМ (Рис. 4).

Таблица 3. Характеристика компонентов системы протеина С.

EPCR, рецептор РС, локализован в норме на неповрежденной поверхности эндотелия и связывает протеин C, который активируется комплексом тромбина с ТМ. Блокада связывания протеина С с рецептором EPCR снижает скорость образования АРС в 20 раз.

EPCR – трансмембранный белковый рецептор 1-го типа, сходный по структуре с семейством молекул основного комплекса гистосовместимости класса 1 (CD 1), большинство из которых участвуют в воспалительных ответах организма

В рецепторе EPCR обнаружены две α-спирали и образованный 8 витками карман связывания фосфолипидов, что является необходимым условием для связывания Гла-домена протеина С.

ЕPCR экспрессируется эндотелиальными клетками, моноцитами, нейтрофилами, эозинофилами, гематопоэтическими стволовыми клетками и некоторыами линиями раковых клеток. Концентрация EPCR на поверхности эндотелия варьирует, и возрастает c увеличением толщины сосудов. EPCR участвует в APC-опосредованной активации PAR1 рецепторов и в защите организма от сепсиса. АРС, связаный с поверхностью эндотелия через рецептор EPCR, расщепляет и активирует PAR1.

Кроме тромбина протеин С может быть активирован фактором Xa и тромбиноподобным активатором из яда щитомордника. При активации расщепляется одна пептидная связь Арг-Лей и освобождается активационный пептид.

На поверхности клеток протеин С находится в комплексе с кофактором- протеином S-(РS) фактором протромбинового комплекса, который не может формировать фермент. В N- конце молекулы РS локализован Гла –домен, отвечающий за связывание молекулы с отрицательно заряженной мембраной клетки. Затем следуют: домен, чувствительный к тромбину, четыре домена, подобные EGF и СООН-концевой домен, гомологичный белкам, семейства андрогенсвязывающих белков человека. РS содержит две пептидные связи, гидролизуемые тромбином. После их расщепления Гла-домен остается связанным с остальной частью молекулы через дисульфидную связь, но РS теряет свои антикоагулянтные свойства.

РS находится в кровотоке в свободной форме, способной связывать РС, и в комплексе со связывающим белком системы комплемента-С4сб. Функция Протеина S - повышать сродство протеина С к фосфолипидам мембраны клеток. Протеин S синтезируется эндотелиальными клетками, мегакариоцитами,клетками мозга и др.