Опосредование воздействия тромбина на тромбоциты рецепторами PAR4 И PAR1

Размещено на http://www.allbest.ru/

1Новосибирский государственный медицинский университет

Опосредование воздействия тромбина на тромбоциты рецепторами PAR4 И PAR1

Власенко Л.П.

Якутин М.В.

Аннотация

Рассмотрено взаимодействие рецепторов PAR4 и PAR1 с тромбином через определённые аминокислотные последовательности на этих рецепторах. Рассмотрена разница в реагировании рецепторов PAR4 и PAR1 на низкие и высокие концентрации тромбина. Указана разница в типах отвечающих на воздействие тромбина рецепторов класса PAR в случае человека и случае мыши; эта разница заключается в типе рецептора, отвечающего на низкие концентрации тромбина, и в типе основного рецептора этого класса, опосредующего воздействие тромбина на тромбоциты. Проведено сравнение рецепторов PAR4 и PAR1 по их необходимости для реакции тромбоцитов на тромбин, обсуждена перспективность ингибирования рецепторов PAR4 и PAR1 по отдельности и в сочетании. тромбин тромбоцит рецептор

Ключевые слова: PAR4, PAR1, тромбин, тромбоцит, передача сигнала.

MEDIATING THE EFFECT OF THROMBIN ON PLATELETS BY PAR4 AND PAR1 RECEPTORS

Vlasenko, L.P. 1, *, Yakutin, M.V. 2

1, 2 Novosibirsk State Medical University, Novosibirsk, Russia

2 Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, Novosibirsk, Russia

Abstract

In this article, the author views the interaction of PAR4 and PAR1 receptors with thrombin through certain amino acid sequences on these receptors. The difference in the response of PAR4 and PAR1 receptors to low and high concentrations of thrombin is shown. There is a difference between in the types of PAR receptors that respond to thrombin exposure in the case of humans and mice; this difference lies is in the type of receptor that responds to low concentrations of thrombin, and in the type of the main PAR receptor that mediates the effect of thrombin on platelets. The PAR4 and PAR1 receptors were compared according to the platelet response to thrombin. The prospects of inhibition of the PAR4 and PAR1 receptors separately and in combination were discussed.

Keywords: PAR4, PAR1, thrombin, platelet, cellular signalling.

Введение

Рецепторы класса PAR экспрессируются во множестве типов клеток и принимают участие в разнообразных процессах: в работе свёртывающей и антисвёртывающей систем крови, регуляции жизнедеятельности эндотелиоцитов и гладкомышечных клеток сосудов, ангиогенезе, функционировании нервной системы, в регуляции дыхательной системы и развитии лёгочных болезней, а также при аллергических респираторных заболеваниях [1]. Любопытно отметить, что рецепторы PAR были обнаружены и внутри клеток: на ядрах тучных клеток и на лизосомах, что обуславливает дополнительные возможности регуляции тромбином жизнедеятельности клеток [2], [3], [4]. В настоящем обзоре рассмотрено в сравнении участие рецепторов PAR4 и PAR1 в процессах активации тромбином тромбоцитов.

Основная часть

Внеклеточная протеаза тромбин играет в организме важную роль, включающую регуляцию деятельности клеток; и установление белков, посредством которых клетки распознают тромбин, обладает существенной значимостью. По крайней мере частично передача сигнала от тромбина к клеткам обеспечивается классом активируемых протеазами рецепторов PAR, сопряжённых с G-белком [5].

Вызываемая тромбином опосредуемая рецепторами PAR4 и PAR1 активация тромбоцитов изучена наиболее полно и служит моделью клеточной активации с участием рецепторов класса PAR. Первоначально в тромбоцитах человека были обнаружены мРНК и белок рецептора PAR1 -- прототипного рецептора класса PAR [6], затем было установлено, что пептиды, активирующие PAR1, активируют также и человеческие тромбоциты [7]. К настоящему времени показано, что активация тромбином рецепторов PAR1 и PAR4 в тромбоцитах приводит к активации фосфолипазы в и ингибированию аденилатциклазы [8]; небелковый антагонист рецептора PAR1 ворапраксар разрешён к клиническому применению для ингибирования агрегации тромбоцитов [9].

Распознавание и разрезание молекул PAR1 тромбином определяется двумя аминокислотными последовательностями в амино-концевом экзодомене: последовательность LDPR/S, по которой происходит разрезание рецептора PAR1, связывает активный центр тромбина, а гирудин-подобная последовательность DKYEPF соединяется с фибриноген-связывающим наружным доменом тромбина; cчитается, что роль тромбина в активации рецептора PAR1 сводится к его разрезанию [10], [11].

Антитела, блокирующие PAR1, ингибировали активацию человеческих тромбоцитов, вызванную низкими, но не высокими, концентрациями тромбина [12]; в то же время PAR1 не экспрессируется в тромбоцитах мыши, по крайней мере у взрослых мышей, и тромбоциты PAR1-дефицитных мышей, доживших до взрослого возраста, не проявляют каких-либо дефектов в ответе на воздействие тромбином [13]. Затем был обнаружен рецептор PAR3, который экспрессируется в тромбоцитах мыши, но отсутствует в тромбоцитах человека; ингибирование этого рецептора предотвращало активацию тромбоцитов мыши низкими, но не высокими, концентрациями тромбина [14], [15]. Позднее был выявлен рецептор PAR4, который присутствует в тромбоцитах как мыши, так и человека и для активации которого требуются более высокие концентрации тромбина, возможно, из-за отсутствия в нём гирудин-подобной связывающей тромбин последовательности, присутствующей в PAR1 и PAR3 [15], [16].

В настоящее время известны четыре типа рецепторов класса PAR: типы PAR1, PAR3 и PAR4 - это тромбиновые рецепторы, тогда как рецептор PAR2 активируется трипсином, триптазой, матриптазой и эластазой, но не тромбином [17], [18].

Отметим, что рецепторы PAR1, PAR3 и PAR4 тромбоцитов на участках воспаления или коагуляции могут подвергаться воздействию не только тромбина, но и других протеаз, в частности рецептор PAR4 опосредует ответ тромбоцитов на воздействие катепсином G (тогда как исследование рецептора PAR1 показало, что этот рецептор не вовлечён в сигнальный путь, запускаемый катепсином G в тромбоцитах) [19].

Таким образом, в тромбоцитах человека и мыши задействованы по два типа тромбиновых рецепторов: высокоаффинный тромбиновый рецептор -- PAR1 у человека и PAR3 у мыши -- необходим для ответа на низкие концентрации тромбина, тогда как низкоаффинный рецептор -- PAR4 у обоих этих видов -- опосредует ответ на высокие концентрации тромбина; ингибирование функционирования одного только рецептора PAR1 подавляло ответ тромбоцитов на тромбин в низкой концентрации (1 нМ), но лишь замедляло ответ на тромбин в высокой концентрации (30 нМ); ингибирование функционирования одного только рецептора PAR4 блокирующими антителами не оказывало эффекта на воздействие тромбином ни при одной из этих концентраций; а сочетанное ингибирование рецепторов PAR1 и PAR4 значительно подавляло реакцию тромбоцитов даже на высокие концентрации тромбина [16], [20].

Было продемонстрировано, что у мышей PAR4 KO время кровотечения увеличено и защита против тромбоза усилена вследствие потери тромбинового сигнального пути в тромбоцитах; эти результаты подчёркивают, что, несмотря на множество потенциально взаимно дублирующих сигнальных механизмов и множество типов клеток, участвующих в тромбозе, ключевую роль в этом процессе играет вызванная тромбином активация тромбоцитов [21], [22]. Существуют видовые различия между человеком и мышью в том, рецепторы какого типа участвуют в активации тромбином тромбоцитов; PAR1 - основной рецептор, опосредующий воздействие тромбина на тромбоциты человека, тогда как у мыши эту роль играет рецептор PAR4 [21], [22]. Показана важная роль сигнального пути PAR1 в модели тромбоза у низших приматов [23]. Эти сведения указывают на важность дальнейшего исследования механизмов ослабления тромбинового сигнального пути в тромбоцитах в качестве возможной стратегии для предотвращения или лечения тромбоза у человека [24].

Накопленные в экспериментах на тромбоцитах человека данные указывают, что активация PAR4 не обязательна для надёжного ответа на тромбин в условиях, когда сохранено функционирование PAR1; смысл существования в тромбоцитах рецепторов двух этих типов может быть в том, что PAR4 позволяет тромбоцитам реагировать на катепсин G и, возможно, на другие протеазы, возможно, опосредует передачу тромбинового сигнала другим эффекторам или со временнОй разницей по сравнению с рецептором PAR1; также возможно, что PAR4 по-другому подвергается регуляции; кроме того, наличие в тромбоцитах рецепторов PAR разных типов открывает возможность для их взаимодействия; может оказаться, что для препятствования тромбозу in vivo требуется блокировка рецепторов обоих этих типов [16], [20], [25].

Заключение

Приведённые в настоящем обзоре сведения указывают, что тромбиновые рецепторы PAR4 и PAR1 вовлечены в активацию тромбоцитов тромбином, и, как следствие, могут служить терапевтическими мишенями для регуляции функционирования тромбоцитов.

Список литературы / References

Яровая Г. А. Рецепторы, активируемые протеиназами (PARs) - сигнальный путь, инициируемый ограниченным протеолизом / Г. А. Яровая, Т. Б. Блохина, Е. А. Нешкова // Лабораторная медицина. - 2009. - № 10. - С. 23-34.

Малежик Л. П. Факторы свёртывания крови как биологически активные соединения / Л. П. Малежик, Н. Н. Цыбиков, Т. Ф. Травкина и др. // Гематология и трансфузиология. - - № 8. - С. 51-55.

Кузник Б. И. Клеточные и молекулярные механизмы регуляции системы гемостаза в норме и патологии / Б. И. Кузник - Чита : Экспресс-издательство, 2010. - 840 с.

Кузник Б. И. Развитие идей Д.М. Зубаирова читинской школой гемостазиологов / Б. И. Кузник // Казанский медицинский журнал. - - № 96(5). - С. 709-715.

Rasmussen U. B. cDNA cloning and expression of a hamster alpha-thrombin receptor coupled to Ca2+ mobilization / U. B. Rasmussen, V. Vouret-Craviari, S. Jallat, Y. Schlesinger, G. Pages, A. Pavirani, J. P. Lecocq, J. Pouyssegur, E. Van Obberghen-Schilling // FEBS Lett. - 1991. - 288. - P. 123-128.

Molino M. Thrombin receptors on human platelets. Initial localization and subsequent redistribution during platelet activation / M. Molino, D. F. Bainton, J. A. Hoxie, S. R. Coughlin, L. F. Brass // J Biol Chem. - 1997. - 272. - P. 6011-6017.

Scarborough R. M. Tethered ligand agonist peptides. Structural requirements for thrombin receptor activation reveal mechanism of proteolytic unmasking of agonist function / R. M. Scarborough, M. A. Naughton, W. Teng, D. T. Hung, J. Rose, T. K. Vu, V. I. Wheaton, C. W. Turck, S. R. Coughlin // J Biol Chem. - 1992. - 267. - P. 13146-13149.

Михайлова И. Е. Антитромбоцитарные препараты в профилактике и лечении коронарного атеротромбоза. Обзор литературы / И. Е. Михайлова // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 11. Медицина. - -№ 1. - С. 55-66.

Попова Л. В. Современные принципы антитромбоцитарной терапии / Л. В. Попова // Клиническая медицина - - № 95(7). - С. 586-593.

Mathews I. I. Fenton Crystallographic structures of thrombin complexed with thrombin receptor peptides: existence of expected and novel binding modes / I. I. Mathews, K. P. Padmanabhan, V. Ganesh, A. Tulinsky, M. Ishii, J. Chen, C. W. Turck, S. R. Coughlin, J. N. Fenton // Biochemistry. - 1994. - 33. - P. 3266-3279.

Ishii K. Determinants of thrombin receptor cleavage. Receptor domains involved, specificity, and role of the P3 aspartate / K. Ishii, R. Gerszten, Y.-W. Zheng, C. W. Turck, S. R. Coughlin // J Biol Chem. - 1995. - 270. - P. 16435-16440.

Brass L. F. Structure and function of the human platelet thrombin receptor. Studies using monoclonal antibodies directed against a defined domain within the receptor N terminus / L. F. Brass, R. R. Vassallo, E. Belmonte, M. Ahuja, K. Cichowski, J. A. Hoxie // J Biol Chem. - 1992. - 267. - P. 13795-13798.

Connolly A. J. Role of the thrombin receptor in development and evidence for a second receptor / A. J. Connolly, H. Ishihara, M. L. Kahn, R. V. Farese, S. R. Coughlin // Nature (London). -1996. - 381. - P. 516-519.

Ishihara H. Protease-activated receptor 3 is a second thrombin receptor in humans / H. Ishihara, A. J. Connolly, D. Zeng, M. L. Kahn, Y. W. Zheng, C. Timmons, T. Tram, S. R. // Nature. - 1997. - 386. - P. 502-506.

Kahn M. L. A dual thrombin receptor system for platelet activation / M. L. Kahn, Y. W. Zheng, W. Huang, V. Bigornia, D. Zeng, S. Moff, R. V. Farese, Jr, C. Tam, S. R. Coughlin // Nature (London). - 1998. - 394. - P. 690-694.

Kahn M. L. Protease-activated receptors 1 and 4 mediate activation of human platelets by thrombin / M. L. Kahn, M. Nakanishi-Matsui, M. J. Shapiro, H. Ishihara, S. R. Coughlin // J Clin Invest. - 1999. - 103. - P. 879-887.

Nystedt S. Molecular cloning of a potential proteinase activated receptor / S. Nystedt, K. Emilsson, C. Wahlestedt, J. Sundelin // Proc Natl Acad Sci USA. - 1994. - 91. - P. 9208-9212.

Nystedt S. Molecular cloning and functional expression of the gene encoding the human proteinase-activated receptor 2 / S. Nystedt, K. Emilsson, A. K. Larsson, B. Strombeck, J. Sundelin // Eur J Biochem. - 1995. - 232. - P. 84-89.

Sambrano G. R. Cathepsin G activates protease-activated receptor-4 in human platelets / G. R. Sambrano, W. Huang, T. Faruqi, S. Mahrus, C. Craik, S. R. Coughlin // J Biol Chem. - - Vol. 275. - P. 6819-23.

Coughlin S. R. How the protease thrombin talks to cells / S. R. Coughlin // Proc Natl Acad Sci USA. - - Vol. 96. - P. 11023-7.

Sambrano G. R. Role of thrombin signalling in platelets in haemostasis and thrombosis / G. R. Sambrano, E. J. Weiss, Y.-W. Zheng, W. Huang, S. R. Coughlin // Nature. - - Vol. 413. - P. 74-8.

Weiss E. J. Protection against thrombosis in mice lacking PAR3 / E. J. Weiss, J. R. Hamilton, K. E. Lease, S. R. Coughlin // Blood. - 2002. - 100. - P. 3240-4.

Cook J. J. An antibody against the exosite of the cloned thrombin receptor inhibits experimental arterial thrombosis in the African green monkey / J. J. Cook, G. R. Sitko, B. Bednar, C. Condra, M. J. Mellott, D. M. Feng, R. F. Nutt, J. A. Shafer, R. J. Gould, T. M. Connolly // Circulation. - 1995. - 91. - P. 2961-2971.

Hamilton J. R. Impaired hemostasis and protection against thrombosis in protease-activated receptor 4-deficient mice is due to lack of thrombin signaling in platelets / J. R. Hamilton, I. Cornelissen, S. R. Coughlin // J Thromb Haemost. - - Vol. 2. - P. 1429-35.

Derian C. K. Species differences in platelet responses to thrombin and SFLLRN. receptor-mediated calcium mobilization and aggregation, and regulation by protein kinases / C. K. Derian, R. J. Santulli, K. A. Tomko, B. J. Haertlein, P. Andrade-Gordon // Thromb Res. - 1995. - 6. - P. 505-519.

Список литературы на английском языке / References in English

Yarovaya G. A. Receptory, aktiviruemye proteinazami (PARs) - signal'nyj put', iniciiruemyj ogranichennym proteolizom [Protease-activated receptors (PARs) - signal pathway, initiated by limited proteolysis] / A. Yarovaya, T. B. Blohina, Ye. А. Neshkova // Laboratornaja medicina [Laboratory medicine]. - 2009. - № 10. - С. 23-34. [in Russian]

Malezhik L. P. Faktory svjortyvanija krovi kak biologicheski aktivnye soedinenija. [Blood-coagulation factors as biologically active compounds] / L. P. Malezhik, N. N. Tsybikov, T. F. Travkina and others // Gematologija i transfuziologija [Hematology and transfusiology]. - - № 8. - С. 51-55. [in Russian]

Kuznik B. I. Kletochnye i molekuljarnye mehanizmy reguljacii sistemy gemostaza v norme i patologii [Cellular and molecular mechanisms of hemostasis regulation in norm and pathology] / B. I. Kuznik - Chita : Express-izdatelstvo], 2010. - 828 p. [in Russian]

Kuznik B. I. Razvitie idej D.M. Zubairova chitinskoj shkoloj gemostaziologov [Development of D.M. Zubairov ideas by the Chita school of hemostasis] / B.I. Kuznik // Kazanskij medicinskij zhurnal [Kazan Medical Journal]. - - № 96(5). - С. 709-715. [in Russian]

Rasmussen U. B. cDNA cloning and expression of a hamster alpha-thrombin receptor coupled to Ca2+ mobilization / U. B. Rasmussen, V. Vouret-Craviari, S. Jallat, Y. Schlesinger, G. Pages, A. Pavirani, J. P. Lecocq, J. Pouyssegur, E. Van Obberghen-Schilling // FEBS Lett. - 1991. - 288. - P. 123-128.

Molino M. Thrombin receptors on human platelets. Initial localization and subsequent redistribution during platelet activation / M. Molino, D. F. Bainton, J. A. Hoxie, S. R. Coughlin, L. F. Brass // J Biol Chem. - 1997. - 272. - P. 6011-6017.

Scarborough R. M. Tethered ligand agonist peptides. Structural requirements for thrombin receptor activation reveal mechanism of proteolytic unmasking of agonist function / R. M. Scarborough, M. A. Naughton, W. Teng, D. T. Hung, J. Rose, T. K. Vu, V. I. Wheaton, C. W. Turck, S. R. Coughlin // J Biol Chem. - 1992. - 267. - P. 13146-13149.

Mikhailova I. E. Antitrombocitarnye preparaty v profilaktike i lechenii koronarnogo aterotromboza. Obzor literatury [Antiplatelet therapy for prevention and treatment of coronary atherothrombosis. A review] / I. E. Mikhailova // Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Serija 11. Medicina [Bulletin of Saint-Petersburg State University. Serial number 11. Medicine]. - -№ 1. -С. 55-66. [in Russian]

Popova L. V. Sovremennye principy antitrombocitarnoj terapii. [Modern principles of antiplatelet antithrombotic therapy] / L. V. Popova // Klinicheskaja medicina [Clinical Medicine (Russian journal)]. - - № 95(7). - С. 586-593. [in Russian]

Mathews I. I. Fenton Crystallographic structures of thrombin complexed with thrombin receptor peptides: existence of expected and novel binding modes / I. I. Mathews, K. P. Padmanabhan, V. Ganesh, A. Tulinsky, M. Ishii, J. Chen, C. W. Turck, S. R. Coughlin, J. N. Fenton // Biochemistry. - 1994. - 33. - P. 3266-3279.

Ishii K. Determinants of thrombin receptor cleavage. Receptor domains involved, specificity, and role of the P3 aspartate / K. Ishii, R. Gerszten, Y.-W. Zheng, C. W. Turck, S. R. Coughlin // J Biol Chem. - 1995. - 270. - P. 16435-16440.

Brass L. F. Structure and function of the human platelet thrombin receptor. Studies using monoclonal antibodies directed against a defined domain within the receptor N terminus / L. F. Brass, R. R. Vassallo, E. Belmonte, M. Ahuja, K. Cichowski, J. A. Hoxie // J Biol Chem. - 1992. - 267. - P. 13795-13798.

Connolly A. J. Role of the thrombin receptor in development and evidence for a second receptor / A. J. Connolly, H. Ishihara, M. L. Kahn, R. V. Farese, S. R. Coughlin // Nature (London). -1996. - 381. - P. 516-519.

Ishihara H. Protease-activated receptor 3 is a second thrombin receptor in humans / H. Ishihara, A. J. Connolly, D. Zeng, M. L. Kahn, Y. W. Zheng, C. Timmons, T. Tram, S. R. // Nature. - 1997. - 386. - P. 502-506.

Kahn M. L. A dual thrombin receptor system for platelet activation / M. L. Kahn, Y. W. Zheng, W. Huang, V. Bigornia, D. Zeng, S. Moff, R. V. Farese, Jr, C. Tam, S. R. Coughlin // Nature (London). - 1998. - 394. - P. 690-694.

Kahn M. L. Protease-activated receptors 1 and 4 mediate activation of human platelets by thrombin / M. L. Kahn, M. Nakanishi-Matsui, M. J. Shapiro, H. Ishihara, S. R. Coughlin // J Clin Invest. - 1999. - 103. - P. 879-887.

Nystedt S. Molecular cloning of a potential proteinase activated receptor / S. Nystedt, K. Emilsson, C. Wahlestedt, J. Sundelin // Proc Natl Acad Sci USA. - 1994. - 91. - P. 9208-9212.

Nystedt S. Molecular cloning and functional expression of the gene encoding the human proteinase-activated receptor 2 / S. Nystedt, K. Emilsson, A. K. Larsson, B. Strombeck, J. Sundelin // Eur J Biochem. - 1995. - 232. - P. 84-89.

Sambrano G. R. Cathepsin G activates protease-activated receptor-4 in human platelets / G. R. Sambrano, W. Huang, T. Faruqi, S. Mahrus, C. Craik, S. R. Coughlin // J Biol Chem. - - Vol. 275. - P. 6819-23.

Coughlin S. R. How the protease thrombin talks to cells / S. R. Coughlin // Proc Natl Acad Sci USA. - - Vol. 96. - P. 11023-7.

Sambrano G. R. Role of thrombin signalling in platelets in haemostasis and thrombosis / G. R. Sambrano, E. J. Weiss, Y.-W. Zheng, W. Huang, S. R. Coughlin // Nature. - - Vol. 413. - P. 74-8.

Weiss E. J. Protection against thrombosis in mice lacking PAR3 / E. J. Weiss, J. R. Hamilton, K. E. Lease, S. R. Coughlin // Blood. - 2002. - 100. - P. 3240-4.

Cook J. J. An antibody against the exosite of the cloned thrombin receptor inhibits experimental arterial thrombosis in the African green monkey / J. J. Cook, G. R. Sitko, B. Bednar, C. Condra, M. J. Mellott, D. M. Feng, R. F. Nutt, J. A. Shafer, R. J. Gould, T. M. Connolly // Circulation. - 1995. - 91. - P. 2961-2971.

Hamilton J. R. Impaired hemostasis and protection against thrombosis in protease-activated receptor 4-deficient mice is due to lack of thrombin signaling in platelets / J. R. Hamilton, I. Cornelissen, S. R. Coughlin // J Thromb Haemost. - - Vol. 2. - P. 1429-35.

Derian C. K. Species differences in platelet responses to thrombin and SFLLRN. receptor-mediated calcium mobilization and aggregation, and regulation by protein kinases / C. K. Derian, R. J. Santulli, K. A. Tomko, B. J. Haertlein, P. Andrade-Gordon // Thromb Res. - 1995. - 6. - P. 505-519.

Размещено на Allbest.ru