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Coagulina

Los cangrejos herradura Limulus polyphemus utilizan la coagulina para formar coágulos de gel. La coagulina es una proteína formadora de gel de la hemolinfa que dificulta la prop...

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Los cangrejos herradura Limulus polyphemus utilizan la coagulina para formar coágulos de gel.

La coagulina es una proteína formadora de gel de la hemolinfa que dificulta la propagación de invasores bacterianos y fúngicos al inmovilizarlos. Se produce en forma de coagulógeno antes de ser escindida a la forma activa a través de una cascada de serina proteasas. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Ha sido estudiada extensamente en cangrejos herradura . También ha sido producida por otros organismos, como Bacillus coagulans I 4 en una ubicación plasmídica . [ 4 ] En medicina humana, la coagulación de la coagulina es la base de la detección de endotoxinas bacterianas a través de la prueba de lisado de amebocitos de Limulus para medicamentos parenterales.

Estructura

El coagulógeno contiene una única cadena polipeptídica de 175 residuos que se escinde después de Arg-18 y Arg-46 por una enzima de coagulación de Limulus contenida en las células hemocíticas granulares de la hemolinfa. Se inicia una vía en la que finalmente la enzima de coagulación de Limulus escinde el coagulógeno en coagulina. La escisión libera dos cadenas de coagulina, cadenas A y B, unidas covalentemente por dos enlaces disulfuro , junto con el péptido C. [ 1 ] [ 2 ] [ 5 ] El pliegue AB envuelve el péptido helicoidal C, formando una estructura compacta. [ 6 ] La masa aproximada de la coagulina es de 3-4 kDa por SDS-PAGE. [ 4 ] La formación del gel resulta de la interconexión de las moléculas de coagulina. [ 1 ] Antes de la interconexión de los monómeros de coagulina, el péptido C se escinde del coagulógeno. La eliminación del péptido C expone una cubierta hidrofóbica extendida de la molécula recién escindida, lo que permite la interacción con el borde hidrofóbico de una segunda molécula. [ 6 ] [ 7 ] Se conoce la estructura completa de un coagulógeno ( PDB : 1AOC ​) ; comparte la misma superfamilia de citocinas con nudo de cistina (plegamiento) que las neurotrofinas , con varias cistinas conservadas.

Coagulación

La coagulación de la hemolinfa forma parte de la respuesta inmunitaria de los invertebrados. Los factores presentes en la hemolinfa se activan e inician una vía donde se forman coágulos insolubles para evitar la fuga de fluidos corporales y la infección del organismo por microbios inmovilizados. [ 8 ] Esto es crucial, ya que los organismos invertebrados no poseen sistemas inmunitarios adaptativos comparables al sistema inmunitario de los mamíferos. [ 7 ] En los crustáceos , la coagulación de la hemolinfa depende de la reticulación mediada por transglutaminasa de proteínas plasmáticas específicas de la coagulación, pero sin la cascada proteolítica. [ 9 ]

En los cangrejos herradura , la cascada de coagulación proteolítica se activa por lipopolisacáridos y beta-1,3-glucanos . En la hemolinfa del cangrejo herradura existen dos tipos de hemocitos: granulares y no granulares. Los hemocitos granulares se activan por lipopolisacáridos (LPS), endotoxinas bacterianas presentes en la superficie de las bacterias Gram negativas. «...Los LPS constituyen aproximadamente el 70 % de las membranas externas de las bacterias Gram negativas ». [ 10 ] También se activan por beta-1,3-glucanos presentes en las paredes celulares de levaduras y algunos hongos. [ 5 ] [ 7 ]

En la vía activada por LPS, el LPS activa el factor C zimógeno. Este se convierte autocatalíticamente en la forma activada del factor C. El factor C activo convierte el factor B inactivo en factor B activo. El factor B activo convierte la enzima procoagulante en la enzima coagulante . [ 5 ] La enzima coagulante escinde el coagulógeno en coagulina, lo que da como resultado homopolímeros de coagulina no covalentes mediante interacción cabeza-cola.

En la vía activada por beta-1,3-glucano, existen ligeras diferencias. El beta-1,3-glucano activa el factor G zimógeno. Este se convierte autocatalíticamente en la forma activada del factor G. A partir de aquí, la vía converge en la vía activada por LPS. El factor G activo convierte la enzima procoagulante en la enzima coagulante para escindir el coagulógeno en coagulina. [ 5 ] En ambas vías, la formación de gel ocurre cuando la enzima final transglutaminasa reticula la coagulina. [ 7 ]

Sin embargo, la transglutaminasa del cangrejo herradura no reticula las coagulinas de forma intermolecular. Recientemente, se descubrió que las coagulinas se reticulan en proteínas de la superficie celular de los hemocitos llamadas proxinas. Esto indica que una reacción de reticulación en la etapa final de la coagulación de la hemolinfa es un importante mecanismo del sistema inmunitario innato de los cangrejos herradura. [ 9 ]

In comparison, mammalian blood coagulation differs from hemolymph coagulation. Mammalian blood coagulation is largely dependent on platelets and fibrin, whereas hemolymph does not contain platelets or fibrin but hemocytes. Mammalian blood coagulation is based on the proteolytically induced polymerization of fibrinogens. There are two pathways (Tissue factor and Contact) that result in thrombin converting fibrinogen to fibrin. Fibrin monomers noncovalently interact with each other and polymerize to form the blood clot.[11] Fibrin and coagulin are analogous to each other. Similarities between mammalian blood coagulation and hemolymph coagulation include gel formation, TGase, and serve as a part of wound healing.[7] However, the clot formed in hemolymph coagulation is softer than the mammalian fibrin clot.[5][7]

Uses

Limulus amebocyte lysate test

Limulus amebocyte lysate is manufactured from horseshoe crabs, specifically the Limulus polyphemus species. In the presence of bacterial endotoxins (LPS) and beta-1,3-glucans, it initiates the coagulation pathways . It is employed as an FDA-approved assay method to test sterility of medical instruments and injectable drugs, such as in the pharmaceutical industry.[12]

Since the 1970s, the Limulus amebocyte lysate test has been used to test for endotoxins in human blood samples. The original method (Limulus gelation test) involved qualitatively looking for coagulin gel formation. After a one hour incubation, if the sample was coagulated, it formed a solid clot that was positive for endotoxins. If the sample was not coagulated, it would be liquid and was negative for endotoxins.[10] However, the technique was limited by its sensitivity.[13]

Today, the Limulus test is one hundred times more sensitive and uses a chromogenic method of detection.[5] When coagulogen is cleaved by the clotting enzyme, coagulin is produced. However the clotting enzyme also produces a chromogenic end product known as pNA. pNA (Boc-Leu-Gly-Arg-p-nitroanilide) is the chromogenic product that emits a yellow color.[14][15] The concentration of endotoxins in a sample can be calculated by measuring the absorbance of released pNA at 405 nm.[5][15]

Evolution

La coagulina se encuentra en las cuatro especies de cangrejos herradura: Limulus polyphemus , Tachypleus tridentatus , Tachypleus gigas y Carcinoscorpius rotundicauda . Se consideran fósiles vivientes , ya que han existido durante 445-500 millones de años con pocos cambios significativos en comparación con sus ancestros. [ 7 ] [ 12 ] El precursor de la coagulina, el coagulógeno, tiene una tasa de mutación de 1,2 × 10 −9 por aminoácido por año en comparación con su análogo de mamíferos, el fibrinógeno, con una tasa de mutación de 8,3 × 10 −9 . [ 7 ] Está contenido en los hemocitos, un tipo de fagocito . Hay diferentes tipos de fagocitos y se encuentran en todos los grupos de invertebrados (ya sean hemocitos, amebocitos o celomocitos). Al comparar los sistemas de coagulación de las vértebras y Limulus polyphemus , ninguna de las proteínas de la cascada (incluido el coagulógeno) comparte un dominio proteico común, con dos excepciones: la hemolectina y la transglutaminasa. Si bien ambos sistemas son funcionalmente similares, las proteínas de la coagulación “tienen historias evolutivas diferentes”. [ 16 ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Srimal S, Miyata T, Kawabata S, Miyata T, Iwanaga S (agosto de 1985 ) . "La secuencia completa de aminoácidos del coagulógeno aislado del cangrejo herradura del sudeste asiático, Carcinoscorpius rotundicauda" . Revista de Bioquímica . 98 (2): 305– 318. doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a135283 . PMID 3905780 . 
  2. ^ Miyata T, Usui K, Iwanaga S (junio de 1984) . "La secuencia de aminoácidos del coagulógeno aislado del cangrejo herradura del sudeste asiático, Tachypleus gigas" . Revista de Bioquímica . 95 (6): 1793–1801 . doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a134792 . PMID 6469947 . 
  3. ↑ Loof TG, Mörgelin M, Johansson L, Oehmcke S, Olin AI, Dickneite G, et al. (septiembre de 2011). " La coagulación, una cascada ancestral de serina proteasas, ejerce una nueva función en la defensa inmunitaria temprana" . Blood . 118 (9): 2589– 2598. doi : 10.1182/blood-2011-02-337568 . PMID 21613262. S2CID 16041445 .   
  4. 1 2 Hyronimus B, Le Marrec C, Urdaci MC (julio de 1998). "Coagulina, una sustancia inhibidora similar a una bacteriocina producida por Bacillus coagulans I4" . Journal of Applied Microbiology . 85 (1): 42– 50. doi : 10.1046/j.1365-2672.1998.00466.x . PMID 9721655. S2CID 27449682 .  
  5. 1 2 3 4 5 6 7 Iwanaga S (mayo de 2007). "Principio bioquímico de la prueba de Limulus para la detección de endotoxinas bacterianas" . Actas de la Academia Japonesa. Serie B, Ciencias Físicas y Biológicas . 83 (4): 110– 119. Bibcode : 2007PJAB...83..110I . doi : 10.2183/pjab.83.110 . PMC 3756735. PMID 24019589 .  
  6. 1 2 Bergner A, Oganessyan V, Muta T, Iwanaga S, Typke D, Huber R, Bode W (diciembre de 1996). " Estructura cristalina de un coagulógeno, la proteína de coagulación del cangrejo herradura: un homólogo estructural del factor de crecimiento nervioso" . The EMBO Journal . 15 (24): 6789– 6797. doi : 10.1002/j.1460-2075.1996.tb01070.x . PMC 452504. PMID 9003754 .  
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 Iwanaga S, Kawabata S (septiembre de 1998). "Evolución y filogenia de las moléculas de defensa asociadas con la inmunidad innata en el cangrejo herradura" . Frontiers in Bioscience . 3 (4): D973– D984. doi : 10.2741/A337 . PMID 9727083 . 
  8. ↑ "Coagulación de la hemolinfa" . QuickGO . Instituto Europeo de Bioinformática. GO:0042381.
  9. 1 2 Osaki T, Kawabata S (junio de 2004). "Estructura y función del coagulógeno, una proteína coagulable en cangrejos herradura" . Cellular and Molecular Life Sciences . 61 (11): 1257– 1265. doi : 10.1007/s00018-004-3396-5 . PMC 11138774. PMID 15170505. S2CID 24537601 .   
  10. 1 2 Tinker-Kulberg R, Dellinger K, Brady TE, Robertson L, Levy JH, Abood SK, et al. (2020-04-01). "Acuicultura de cangrejo herradura como fuente sostenible de análisis de endotoxinas" . Frontiers in Marine Science . 7. doi : 10.3389/fmars.2020.00153 . ISSN 2296-7745 .  
  11. ↑ Smith SA, Travers RJ, Morrissey JH (2015-07-04). "Cómo empieza todo: Iniciación de la cascada de coagulación" . Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology . 50 (4): 326– 336. doi : 10.3109/10409238.2015.1050550 . PMC 4826570. PMID 26018600 .  
  12. 1 2 "Datos sobre los cangrejos herradura y preguntas frecuentes" . Comisión de Conservación de Pesca y Vida Silvestre de Florida . Consultado el 27 de noviembre de 2023 .
  13. ↑ Novitsky TJ (diciembre de 1994). "Detección de endotoxinas en sangre humana mediante lisado de amebocitos de Limulus (LAL)" . Journal of Endotoxin Research . 1 (4): 253– 263. doi : 10.1177/096805199400100407 . ISSN 0968-0519 . S2CID 85838507 .  
  14. ↑ "Prueba de endotoxinas bacterianas" . Sistema Wako LAL . Consultado el 27 de noviembre de 2023 .
  15. 1 2 Sandle T (2016). "Pruebas de endotoxinas y pirógenos". Microbiología farmacéutica . Elsevier. págs. 131–145 . doi : 10.1016/b978-0-08-100022-9.00011-6 . ISBN  9780081000229.
  16. ↑ Coban A, Bornberg-Bauer E, Kemena C (diciembre de 2022). "Evolución de dominios de proteínas de la cascada de coagulación sanguínea de vertebrados" . Journal of Molecular Evolution . 90 (6): 418– 428. Bibcode : 2022JMolE..90..418C . doi : 10.1007/ s00239-022-10071-3 . PMC 9643190. PMID 36181519 .  
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