Az antitrombin (AT) a véralvadásban részt vevő enzimeket inaktiváló kis glikoprotein, melyet a SERPINC1 gén kódol. 464 aminosavból álló fehérje, melyet a máj állít elő. 3 diszulfidkötést és 4 lehetséges glikozilációs helyet tartalmaz. Vérplazmában domináns változata az α-antitrombin. A kisebb mennyiségben megtalálható β-antitrombinban 1 glikozilációs hely mindig szabad. Aktivitását sokszorozza az antikoaguláns heparin, mely növeli az antitrombin trombin- és Xa faktor-kötését.
Szerkezet 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. bélyegkép|1. ábra: Egy antitrombin-monomer harmadlagos szerkezetében lévő 4 glikozilációs hely. Itt csak a 155. aszparagin glikozilált 1 N-acetilglükózaminnal.|500px Az antitrombin felezési ideje a plazmában mintegy 3 nap. A humán vérplazma normál antitrombin-koncentrációja 0,12 g/l, molaritásként kifejezve . 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 bélyegkép|2. ábra: Az R393–S394 kötés a molekula felszínén lévő kör része. Ez a reaktív helyi kör (RSL) vagy reaktív központi kör (RCL).|460px bélyegkép|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.|460px 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, 2,5 és respectively. Az antitrombin–trombin inaktiváció sebessége 1,5–-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 -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 bélyegkép|4. ábra: Az antitrombin 2 kristályszerkezete. A B modell pentaszachariddal alkotott komplex, az A modell nem komplex., |400px 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 bélyegkép|5. ábra: Antitrombin–trombin–heparin hármas komplex szerkezete.|400px 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.