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트롬빈

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F2
사용 가능한 구조
PDB동원체 검색: PDBe RCSB
식별자
다른 이름F2, PT, RPRGL2, THPH1, coagulation factor II, thrombin
외부 IDOMIM: 176930 MGI: 88380 HomoloGene: 426 GeneCards: F2
RNA 발현 패턴
Bgee
인간쥐(동원체)
최상위 발현
  • 간오른엽

  • 고환

  • 난모세포

  • secondary oocyte

  • cerebellar hemisphere

  • right hemisphere of cerebellum

  • 오금동맥

  • tibial arteries

  • fundus

  • 배
최상위 발현
  • left lobe of liver

  • fetal liver hematopoietic progenitor cell

  • 쓸개

  • 난황낭

  • 태아

  • sexually immature organism

  • 상실배

  • primary oocyte

  • secondary oocyte

  • 수정란
추가 참조 발현 데이터
BioGPS
추가 참조 발현 데이터
위키데이터
인간 보기/편집쥐 보기/편집
혈액 응고 및 단백질 C 경로의 개략도. 혈액 응고 경로에서 트롬빈은 제XI인자를 XIa로, VIII을 VIIIa로, V를 Va로, 피브리노겐을 피브린으로 전환하는 작용을 한다. 또한, 트롬빈은 혈소판 세포막의 프로테아제 활성 수용체 활성화를 통해 혈소판 활성화 및 응집을 촉진한다. 트롬빈은 또한 단백질 C를 APC로 전환함으로써 단백질 C 경로로 교차한다. APC는 다시 제V인자를 Vi로, VIIIa를 VIIIi로 전환한다. 마지막으로 APC는 PAR-1과 EPCR을 활성화한다.
혈액 응고 폭포에서 트롬빈의 역할

트롬빈(영어: Thrombin, 제IIa인자, EC 3.4.21.5)은 피브리노겐을 불용성 피브린 가닥으로 전환하고, 다른 많은 혈액응고 관련 반응을 촉매하는 세린 프로테아제이다.[5][6]

프로트롬빈(혈액 응고 제II인자)은 인간의 F2 유전자에 의해 인코딩된다. 이는 단백질 분해 과정을 통해 응고 과정 동안 프로트롬비나제 효소 복합체에 의해 절단되어 트롬빈을 형성한다.

역사

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피브리노겐과 피브린에 대한 설명이 있은 후, 알렉산더 슈미트는 1872년에 피브리노겐을 피브린으로 전환하는 효소의 존재를 가설로 세웠다.[7]

프로트롬빈은 1894년 페켈하링에 의해 발견되었다.[8][9][10]

생리학

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합성

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트롬빈은 활성화된 제X인자(Xa)에 의해 프로트롬빈의 두 부위가 효소적으로 절단됨으로써 생성된다. 제Xa인자의 활성은 활성화된 제V인자(Va)와 결합함으로써 크게 향상되며, 이를 프로트롬비나제 복합체라고 한다. 프로트롬빈은 간에서 생성되며, 분자의 N-말단에 있는 10-12개의 글루탐산을 감마-카복시글루탐산(Gla)으로 전환하는 비타민 K 의존적 반응에서 공번역적으로 수정된다.[11] 칼슘이 존재할 때, Gla 잔기는 프로트롬빈이 인지질 이중층에 결합하는 것을 촉진한다. 비타민 K의 결핍이나 항응고제 와파린의 투여는 감마-카복시글루탐산 잔기의 생성을 억제하여 응고 폭포의 활성화를 늦춘다.

인간 성인의 경우, 정상적인 혈액 내 항트롬빈 활성 수준은 약 1.1 units/mL로 측정되었다. 신생아의 트롬빈 수치는 출생 후 꾸준히 증가하여 정상 성인 수치에 도달하는데, 출생 1일 후 약 0.5 units/mL에서 생후 6개월 후 약 0.9 units/mL 수준이 된다.[12]

작용 기전

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혈액 응고 경로에서 트롬빈은 제XI인자를 XIa로, VIII을 VIIIa로, V를 Va로, 피브리노겐을 피브린으로, XIII을 XIIIa로 전환하는 작용을 한다. 피브리노겐이 피브린으로 전환되는 과정에서 트롬빈은 피브리노겐의 각 Aα 및 Bβ 사슬에서 피브리노펩타이드 A 및 B의 절단을 촉매하여 피브린 단량체를 형성한다.[13]

제XIIIa인자는 피브린 내의 라이신과 글루타민 잔기 사이에 공유 결합 형성을 촉매하는 트랜스글루타미나제이다. 이 공유 결합은 피브린 응고물의 안정성을 높인다. 트롬빈은 트롬보모듈린과 상호작용한다.[14][15]

응고 폭포에서의 활동의 일환으로, 트롬빈은 또한 혈소판 세포막의 프로테아제 활성 수용체 활성화를 통해 혈소판 활성화 및 응집을 촉진한다.

음성 피드백

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트롬보모듈린에 결합된 트롬빈은 응고 폭포의 억제제인 단백질 C를 활성화한다. 단백질 C의 활성화는 내피 세포에 의해 발현되는 내재성 막 단백질인 트롬보모듈린에 트롬빈이 결합함에 따라 크게 향상된다. 활성화된 단백질 C는 제Va인자와 VIIIa인자를 불활성화시킨다. 활성화된 단백질 C가 단백질 S에 결합하면 그 활성이 약간 증가한다. 트롬빈은 또한 세린 프로테아제 저해제인 항트롬빈에 의해 불활성화된다.

구조

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Gla 도메인을 통한 소 프로트롬빈의 막 고정.[16]

프로트롬빈의 분자량은 약 72,000 Da이다. 촉매 도메인은 프로트롬빈 조각 1.2에서 방출되어 분자량이 36,000 Da인 활성 효소 트롬빈을 생성한다. 구조적으로 이는 프로테아제의 거대한 PA 클랜의 일원이다.

프로트롬빈은 네 개의 도메인으로 구성된다; N-말단 Gla 도메인, 두 개의 크링글 도메인, 그리고 C-말단 트립신 유사 세린 프로테아제 도메인이다. 제V인자를 보조 인자로 하는 제Xa인자는 Gla와 두 개의 크링글 도메인(함께 조각 1.2라고 불리는 조각을 형성)을 절단하고, 세린 프로테아제 도메인으로만 구성된 트롬빈을 남긴다.[17]

모든 세린 프로테아제의 경우와 마찬가지로, 프로트롬빈은 내부 펩타이드 결합의 단백질 분해에 의해 활성 트롬빈으로 전환되어 새로운 N-말단 Ile-NH3를 노출시킨다. 세린 프로테아제 활성화의 역사적 모델은 이 중사슬의 새로 형성된 N-말단을 β-배럴에 삽입하여 촉매 잔기의 올바른 형태를 촉진하는 것을 포함한다.[18] 활성 트롬빈의 결정 구조와는 반대로, 수소-중수소 교환 질량 분석 연구에 따르면 이 N-말단 Ile-NH3는 트롬빈의 아포(apo) 형태에서 β-배럴에 삽입되지 않는다. 그러나 트롬보모듈린의 활성 조각의 결합은 이 N-말단 영역을 삽입함으로써 트롬빈의 활성 형태를 다른 자리 입체성으로 촉진하는 것으로 보인다.[19]

유전자

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세계에는 선천적 제II인자 결핍증으로 진단받은 사람이 약 30명 있는 것으로 추정되며,[20] 이는 제II인자 돌연변이라고도 불리는 프로트롬빈 G20210A 돌연변이와 혼동해서는 안 된다. 프로트롬빈 G20210A는 선천적이다.[21]

프로트롬빈 G20210A는 대개 다른 인자 돌연변이(예: 가장 흔한 것은 제V인자 라이덴)를 동반하지 않는다. 이 유전자는 이형접합(1쌍)으로 유전될 수 있으며, 훨씬 드물게 동형접합(2쌍)으로 유전될 수 있고 성별이나 혈액형과는 관련이 없다. 동형접합 돌연변이는 이형접합 돌연변이보다 혈전증의 위험을 더 많이 증가시키지만, 상대적인 증가 위험은 잘 문서화되어 있지 않다. 경구 피임약과 같은 혈전증의 다른 잠재적 위험은 가산적일 수 있다. 이전에 보고된 염증성 장질환(즉, 크론병 또는 궤양성 대장염)과 프로트롬빈 G20210A 또는 제V인자 라이덴 돌연변이의 관계는 연구에 의해 부정되었다.[22]

질환에서의 역할

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프로트롬빈의 활성화는 생리적 및 병리적 응고에 중요하다. 프로트롬빈과 관련된 다양한 희귀 질환이 설명되어 있다(예: 저프로트롬빈혈증). 자가 면역 질환에서의 항프로트롬빈 항체는 루푸스 항응고제(항인지질 증후군으로도 알려짐) 형성의 요인이 될 수 있다. 고프로트롬빈혈증은 G20210A 돌연변이에 의해 발생할 수 있다.

강력한 혈관수축제이자 유사분열촉진인자인 트롬빈은 거미막밑출혈 후의 혈관경련에서 주요 요인으로 암시된다. 파열된 뇌동맥류에서 나온 혈액이 뇌동맥 주위에 응고되면서 트롬빈을 방출한다. 이는 혈관의 급성 및 지속적인 협착을 유발할 수 있으며, 잠재적으로 뇌허혈 및 경색증(뇌졸중)을 초래할 수 있다.

혈전 형성의 역동적인 과정에서 핵심적인 역할 외에도, 트롬빈은 뚜렷한 전염증 성격을 가지고 있어 죽상동맥경화증의 발생과 진행에 영향을 미칠 수 있다. 모든 동맥 혈관벽 구성 요소에서 풍부하게 발현되는 특정 세포막 수용체(프로테아제 활성 수용체: PAR-1, PAR-3 및 PAR-4)를 통해 작용함으로써, 트롬빈은 염증, 죽상판으로의 백혈구 모집, 향상된 산화 스트레스, 혈관 평활근 세포의 이동 및 증식, 아포토시스 및 혈관 신생과 같은 죽상 유발 작용을 발휘할 잠재력이 있다.[23][24][25]

트롬빈은 혈전의 생리학과 관련이 있다. 그것의 존재는 혈전의 존재를 나타낸다. 2013년에 마우스에서 트롬빈의 존재를 감지하는 시스템이 개발되었다. 이는 "리포터 화학 물질"에 부착된 펩타이드 코팅 산화 철을 결합한 것이다. 펩타이드가 트롬빈 분자에 결합하면 리포터가 방출되어 오줌에 나타나며 거기서 감지될 수 있다. 인간 대상 시험은 수행되지 않았다.[26]

응용

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연구 도구

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트롬빈은 높은 단백질 분해 특이성 때문에 가치 있는 생화학적 도구이다. 트롬빈 절단 부위(Leu-Val-Pro-Arg-Gly-Ser)는 재조합 융합 단백질 구조의 링커 영역에 흔히 포함된다. 융합 단백질의 정제 후, 트롬빈을 사용하여 절단 부위의 아르기닌과 글라이신 잔기 사이를 선택적으로 절단함으로써 높은 특이성으로 관심 단백질에서 정제 태그를 효과적으로 제거할 수 있다.

의학 및 외과

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프로트롬빈 복합체 농축액과 신선 동결 혈장은 프로트롬빈이 풍부한 응고 인자 제제로서, 프로트롬빈의 결핍(대개 약물에 의한 것)을 교정하는 데 사용할 수 있다. 적응증에는 와파린으로 인한 난치성 출혈이 포함된다.

프로트롬빈의 조작은 대부분의 항응고제의 작용 방식에서 중심적이다. 와파린 및 관련 약물은 프로트롬빈을 포함한 여러 응고 인자의 비타민 K 의존적 카복실화를 억제한다. 헤파린은 트롬빈(및 제Xa인자)에 대한 항트롬빈의 친화력을 증가시킨다. 최신 계열의 약물인 직접 트롬빈 저해제는 트롬빈의 활성 부위에 결합하여 직접 트롬빈을 저해한다.

재조합 트롬빈은 수용액으로 재구성하기 위한 분말 형태로 제공된다. 이는 지혈 보조제로서 수술 중 국소적으로 적용될 수 있다. 모세혈관 및 소정맥의 경미한 출혈을 조절하는 데 유용할 수 있지만, 대량 또는 활발한 동맥 출혈에는 효과가 없으며 권장되지 않는다.[27][28][29]

식품 생산

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트롬빈은 피브리노겐과 결합하여 고기 결합제로 사용하기 위해 Fibrimex라는 브랜드 이름으로 판매된다. Fibrimex의 두 단백질은 돼지 또는 소의 혈액에서 유래한다.[30] 제조업체에 따르면 이를 사용하여 새로운 종류의 혼합육(예: 소고기와 생선을 매끄럽게 결합)을 생산할 수 있다. 제조업체는 또한 이를 사용하여 통근육 고기를 결합하고, 모양을 만들고 부분으로 나눌 수 있어 품질 저하 없이 생산 비용을 절감할 수 있다고 밝혔다.[31]

스웨덴 소비자 연맹의 얀 베르토프트 사무총장은 "이 재구성된 고기를 진짜 고기와 구별할 방법이 없기 때문에 소비자를 오도할 위험이 있다"고 말했다.[30]

같이 보기

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각주

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  1. 1 2 3 GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000180210 - 앙상블, May 2017
  2. 1 2 3 GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000027249 - 앙상블, May 2017
  3. ↑ “Human PubMed Reference:”. 《National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine》.
  4. ↑ “Mouse PubMed Reference:”. 《National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine》.
  5. ↑ Royle NJ, Irwin DM, Koschinsky ML, MacGillivray RT, Hamerton JL (May 1987). 《Human genes encoding prothrombin and ceruloplasmin map to 11p11-q12 and 3q21-24, respectively》. 《Somatic Cell and Molecular Genetics》 13. 285–92쪽. doi:10.1007/BF01535211. PMID 3474786. S2CID 45686258.
  6. ↑ Degen SJ, Davie EW (September 1987). 《Nucleotide sequence of the gene for human prothrombin》. 《Biochemistry》 26. 6165–77쪽. doi:10.1021/bi00393a033. PMID 2825773.
  7. ↑ Schmidt A (1872). 《Neue Untersuchungen ueber die Fasserstoffesgerinnung》. 《Pflügers Archiv für die gesamte Physiologie》 6. 413–538쪽. doi:10.1007/BF01612263. S2CID 37273997.
  8. ↑ Kaushansky K, Lichtman M, Prchal J, Levi M, Press O, Burns L, Caligiuri M (2015). 《Williams Hematology》. McGraw-Hill. 1918쪽. ISBN 9780071833011.
  9. ↑ Quick AJ (1957). 《Hemorrhagic Diseases》. Philadelphia: Lea and Febiger. 451–490쪽. OCLC 599096191.
  10. ↑ Morawitz P (1905). 《Die Chemie der Blutgerinnung》. 《Ergeb Physiol》 4. 307–422쪽. doi:10.1007/BF02321003. S2CID 84003009.
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  12. ↑ Andrew M, Paes B, Milner R, Johnston M, Mitchell L, Tollefsen DM, Powers P (July 1987). 《Development of the human coagulation system in the full-term infant》. 《Blood》 70. 165–72쪽. doi:10.1182/blood.V70.1.165.165. PMID 3593964.
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  14. ↑ Bajzar L, Morser J, Nesheim M (July 1996). 《TAFI, or plasma procarboxypeptidase B, couples the coagulation and fibrinolytic cascades through the thrombin-thrombomodulin complex》. 《The Journal of Biological Chemistry》 271. 16603–8쪽. doi:10.1074/jbc.271.28.16603. PMID 8663147.
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  17. ↑ Davie EW, Kulman JD (April 2006). 《An overview of the structure and function of thrombin》. 《Seminars in Thrombosis and Hemostasis》 32. 3–15쪽. doi:10.1055/s-2006-939550. PMID 16673262. S2CID 36616995.
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  19. ↑ Handley LD, Treuheit NA, Venkatesh VJ, Komives EA (November 2015). 《Thrombomodulin Binding Selects the Catalytically Active Form of Thrombin》. 《Biochemistry》 54. 6650–8쪽. doi:10.1021/acs.biochem.5b00825. PMC 4697735. PMID 26468766.
  20. ↑ Degen SJ, McDowell SA, Sparks LM, Scharrer I (February 1995). 《Prothrombin Frankfurt: a dysfunctional prothrombin characterized by substitution of Glu-466 by Ala》. 《Thrombosis and Haemostasis》 73. 203–9쪽. doi:10.1055/s-0038-1653751. PMID 7792730. S2CID 20144699.
  21. ↑ Varga EA, Moll S (July 2004). 《Cardiology patient pages. Prothrombin 20210 mutation (factor II mutation)》. 《Circulation》 110. e15–8쪽. doi:10.1161/01.CIR.0000135582.53444.87. PMID 15262854.
  22. ↑ Bernstein CN, Sargent M, Vos HL, Rosendaal FR (February 2007). 《Mutations in clotting factors and inflammatory bowel disease》. 《The American Journal of Gastroenterology》 102. 338–43쪽. doi:10.1111/j.1572-0241.2006.00974.x. PMID 17156138. S2CID 19895315.
  23. ↑ Borissoff JI, Spronk HM, Heeneman S, ten Cate H (June 2009). 《Is thrombin a key player in the 'coagulation-atherogenesis' maze?》. 《Cardiovascular Research》 82. 392–403쪽. doi:10.1093/cvr/cvp066. PMID 19228706.
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  25. ↑ Borissoff JI, Spronk HM, ten Cate H (May 2011). 《The hemostatic system as a modulator of atherosclerosis》. 《The New England Journal of Medicine》 364. 1746–60쪽. doi:10.1056/NEJMra1011670. PMID 21542745.
  26. ↑ Economist (2013년 11월 5일). “Nanomedicine: Particle physiology”. 《The Economist》. 2013년 12월 15일에 확인함.
  27. ↑ Chapman WC, Singla N, Genyk Y, McNeil JW, Renkens KL, Reynolds TC, Murphy A, Weaver FA (August 2007). 《A phase 3, randomized, double-blind comparative study of the efficacy and safety of topical recombinant human thrombin and bovine thrombin in surgical hemostasis》. 《Journal of the American College of Surgeons》 205. 256–65쪽. doi:10.1016/j.jamcollsurg.2007.03.020. PMID 17660072.
  28. ↑ Singla NK, Ballard JL, Moneta G, Randleman CD, Renkens KL, Alexander WA (July 2009). 《A phase 3b, open-label, single-group immunogenicity and safety study of topical recombinant thrombin in surgical hemostasis》. 《Journal of the American College of Surgeons》 209. 68–74쪽. doi:10.1016/j.jamcollsurg.2009.03.016. PMID 19651065.
  29. ↑ Greenhalgh DG, Gamelli RL, Collins J, Sood R, Mozingo DW, Gray TE, Alexander WA (2009). 《Recombinant thrombin: safety and immunogenicity in burn wound excision and grafting》. 《Journal of Burn Care & Research》 30. 371–9쪽. doi:10.1097/BCR.0b013e3181a28979. PMID 19349898. S2CID 3678462.
  30. 1 2 “Sverige röstade ja till köttklister” [Sweden voted in favor of the meat paste] (스웨덴어). 《Dagens Nyheter》. 2010년 2월 9일. 2010년 10월 17일에 확인함.
  31. ↑ “Welcome to Fibrimex”. 《Fibrimex website》. Sonac. 2019년 2월 28일에 확인함.
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