zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-7-43-47zldm-1701Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование структуры фибриногена методом малоуглового синхротронного рассеянияStudy of the fibrinogen structure by the method of small-angle synchrotron scatteringПетраковА. П.PetrakovA. P.

Анатолий Павлович Петраков

Россия, 167001, г. Сыктывкар, Октябрьский пр-т, д. 55

Anatoly P. Petrakov

55, Octyabrsky pr., Syktyvkar, 167001, Russia

petrakov@syktsu.ruЗубавичусЯ. В.ZubavichusYa. V.

Ян Витаутасович Зубавичус

Россия, 630559, Новосибирская обл., г. Кольцово, Никольский пр-т., д. 1

Yan V. Zubavichus

1, Nikolsky pr., Koltsovo, Novosibirsk obl., 630559, Russia

Сыктывкарский государственный университет имени Питирима СорокинаРоссияPitirim Sorokin Syktyvkar State UniversityRussian FederationЦКП «СКИФ», Институт катализа имени Г. К. Борескова СО РАНРоссияSynchrotron Radiation Facility SKIF, Boreskov Institute of Catalysis, RASRussian Federation2022210720228874347Copyright © Петраков А.П., Зубавичус Я.В., 20222022Петраков А.П., Зубавичус Я.В.Petrakov A.P., Zubavichus Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1701

Фибриноген синтезируется клетками печени человека и постоянно присутствует в крови. Белок — основной фактор свертывания крови — в значительной степени определяет ее вязкость. При повреждении кровеносного сосуда или ткани в организме начинается гемостаз (свертывание крови). Фибриноген под действием тромбина преобразуется в фибрин — нерастворимый биополимер, сеть волокон которого — основа кровяного сгустка, обеспечивающего гемостаз. Помимо заживления ран, фибриноген участвует в патогенезе злокачественных новообразований. Фибриноген, меченый 125I, используют для диагностики тромбозов, поскольку он проникает в тромбы. В работе представлены результаты исследования структуры фибриногена в плазме крови человека методом малоуглового рентгеновского рассеяния (МУР). Метод МУР, широко применяемый для анализа надатомной структуры веществ, позволяет определять размер доменов, присутствующих в белках, их форму, а также конформацию сегментов цепных макромолекул в виде гауссовых и персистентных цепей. Важная особенность метода — возможность изучения биологических объектов в их естественном состоянии, без какой-либо специальной подготовки. Показано, что в структуре фибриногена присутствуют глобулярные домены двух размеров (диаметры — 8,4 и 4 нм соответственно). Домены соединены между собой полипептидными цепями (α, β, γ), скрученными в виде спиральных катушек. Жесткость цепей, оцененная в виде персистентной длины, составила 3,1. Полученные результаты могут быть использованы в хирургической практике и заместительной терапии при создании фибринового клея в качестве гемостатического препарата, останавливающего кровотечение при минимальной инвазивности вмешательства, и препаратов, устраняющих дефицит фибриногена в крови.

Fibrinogen is synthesized by human liver cells and is constantly present in the blood. Protein is the main factor of blood clotting and largely determines the blood viscosity. Any damage to a blood vessel or tissue in the body triggers hemostasis (blood clotting). Fibrinogen under the action of thrombin is converted into fibrin, an insoluble biopolymer, which is the basis of a blood clot that provides hemostasis. Apart of wound healing, fibrinogen is involved in the pathogenesis of malignant neoplasms. Fibrinogen labeled with 125I is used to diagnose thrombosis because it penetrates blood clots. We present the results of studying the structure of fibrinogen in human blood plasma using small-angle X-ray scattering (SAX). The SAX method, widely used in analysis of supra-atomic structures of substances, provides determination of the size of domains present in proteins, their shape, as well as the conformation of segments of chain macromolecules in the form of Gaussian and persistent chains. An important feature of the method is the possibility of studying biological objects in their natural state, without any special pretreatment. It is shown that globular domains of two sizes (diameters — 8.4 and 4 nm, respectively) are present in the structure of fibrinogen. The domains are coupled by polypeptide chains (α, β, γ) twisted in the form of spiral coils. The stiffness of the chains estimated as a persistent length was 3.1. The results obtained can be used in surgical practice and replacement therapy when creating fibrin glue as a hemostatic drug that stops bleeding with minimal invasiveness of intervention, and drugs that eliminate fibrinogen deficiency in the blood.

фибриногендоменымалоугловое рассеяниерадиус инерцииструктураполипептидные цепиfibrinogendomainssmall-angle scatteringradius of inertiastructurepolypeptide chainsReferencesJianhui S., Jichen Li, Hue S. Small-Angle X-ray scattering signatures of conformational heterogeneity and homogeneity of disordered protein ensembles / J. Phys. Chem. B. 2021. Vol. 125. N 24. P. 6451 – 6478. DOI: 10.1021/acs.jpcb.1c02453Jianhui S., Jichen Li, Hue S. Small-Angle X-ray scattering signatures of conformational heterogeneity and homogeneity of disordered protein ensembles / J. Phys. Chem. B. 2021. Vol. 125. N 24. P. 6451 – 6478. DOI: 10.1021/acs.jpcb.1c02453Durgesh K., Richard E., Qingqiu H., Robert M., Edmund T., Alexander L., Mark W., Sol M. High-pressure small-angle X-ray scattering cell for biological solutions and soft materials / J. Appl. Crystallogr. 2021. Vol. 54. N 1. P. 1 – 12. DOI: 10.1107/S1600576720014752Durgesh K., Richard E., Qingqiu H., Robert M., Edmund T., Alexander L., Mark W., Sol M. High-pressure small-angle X-ray scattering cell for biological solutions and soft materials / J. Appl. Crystallogr. 2021. Vol. 54. N 1. P. 1 – 12. DOI: 10.1107/S1600576720014752Schroer M. A., Blanchet C. E., Gruzinov A. Yu., Grawert M. A., Brennich M. E., Hajizadeh N. R., Jeffries C. M., Svergun D. I. Smaller capillaries improve the small-angle X-ray scattering signal and sample consumption for biomacromolecular solutions / J. Synchrotron Radiation. 2018. Vol. 25. N 4. P. 1113 – 1122. DOI: 10.1107/S1600577518007907Schroer M. A., Blanchet C. E., Gruzinov A. Yu., Grawert M. A., Brennich M. E., Hajizadeh N. R., Jeffries C. M., Svergun D. I. Smaller capillaries improve the small-angle X-ray scattering signal and sample consumption for biomacromolecular solutions / J. Synchrotron Radiation. 2018. Vol. 25. N 4. P. 1113 – 1122. DOI: 10.1107/S1600577518007907He X. M., Carter D. C. Atomic structure and chemistry of human serum albumin / Nature. 1992. Vol. 358. P. 209 – 215. DOI: 10.1038/358209a0He X. M., Carter D. C. Atomic structure and chemistry of human serum albumin / Nature. 1992. Vol. 358. P. 209 – 215. DOI: 10.1038/358209a0Medved L. V., Gorkun O. V., Manyakov V. F., Belitser V. A. The role of fibrinogen αC-domains in the fibrin assembly process / Biomedical. J. 1985. Vol. 181. N 1. P. 109 – 112. DOI: 00145793/85Medved L. V., Gorkun O. V., Manyakov V. F., Belitser V. A. The role of fibrinogen αC-domains in the fibrin assembly process / Biomedical. J. 1985. Vol. 181. N 1. P. 109 – 112. DOI: 00145793/85Meisburger S., Thomas W., Watkins M., Ando N. X-ray Scattering Studies of Protein Structural Dynamics / Chem. Rev. 2017. Vol. 117. N 12. P. 7615 – 7672. DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00790Meisburger S., Thomas W., Watkins M., Ando N. X-ray Scattering Studies of Protein Structural Dynamics / Chem. Rev. 2017. Vol. 117. N 12. P. 7615 – 7672. DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00790Svergun D. I., Petoukhov M. V., Michel H. J., Koch M. H. J. Determination of domain structure of proteins from X-ray solution scattering / Biophys. J. 2001. Vol. 80. N 6. P. 2946 – 2953.Svergun D. I., Petoukhov M. V., Michel H. J., Koch M. H. J. Determination of domain structure of proteins from X-ray solution scattering / Biophys. J. 2001. Vol. 80. N 6. P. 2946 – 2953.Jeffries C. M., Graewert M. A., Blanchet C. E., Langley D. B., Whitten A. E., Svergun D. I. Preparing monodisperse macromolecular samples for successful biological small-angle X-ray and neutron-scattering experiments / Nature protocols. 2016. Vol. 11. N 11. P. 2122 – 2153.Jeffries C. M., Graewert M. A., Blanchet C. E., Langley D. B., Whitten A. E., Svergun D. I. Preparing monodisperse macromolecular samples for successful biological small-angle X-ray and neutron-scattering experiments / Nature protocols. 2016. Vol. 11. N 11. P. 2122 – 2153.Жалялов А. С., Баландина А. Н., Купраш А. Д., Шривастова А., Шибеко А. М. Современные представления о системе фибринолиза и методах диагностики ее нарушений / Вопросы гематологии/онкологии и имуннопатологии в педиатрии. 2017. Т. 16. № 1. С. 69 – 82. DOI: 10.24287/1726-1708-2017-16-1-69-82Zhalyalov A. S., Balandina A. N., Kuprash A. D., Srivastava A., Shibeko A. M. The overview of fibrinolysis system contemporary concepts and of its disorders diagnostic methods / Vopr. Gematol./Onkol. Imunnopatol. Pediatrii. 2017. Vol. 16. N 1. P. 69 – 82 [in Russian]. DOI: 10.24287/1726-1708-2017-16-1-69-82Zhmurov A., Brown A., Litvinov R., Dima R., Weisel J., Barsegov V. Mechanism of Fibrin(ogen) Forced Unfolding / Structure. 2011. Vol. 19. N 11. P. 1615 – 1624. DOI: 10.1016/j.str.2011.08.013Zhmurov A., Brown A., Litvinov R., Dima R., Weisel J., Barsegov V. Mechanism of Fibrin(ogen) Forced Unfolding / Structure. 2011. Vol. 19. N 11. P. 1615 – 1624. DOI: 10.1016/j.str.2011.08.013Крюкова А. Е., Шпичка А. И., Конарев П. В., Волков В. В., Тимашев П. С., Асадчиков В. Е. Восстановление формы бычьего фибриногена в растворе по данным малоуглового рассеяния / Кристаллография. 2018. Т. 63. № 6. С. 863 – 865. DOI: 10.1134/S0023476118060206Kryukova A. E., Shpichka A. I., Konarev P. V., Volkov V. V., Timashev P. S., Asadchikov V. E. Shape determination of bovine fibrinogen in solution using small-angle scattering data / Crystallography. 2018. Vol. 63. N 6. P. 863 – 865 [in Russian]. DOI: 10.1134/S0023476118060206Kollman J., Pandi L., Sawaya M., Riley M., Doolittle R. Crystal Structure of Human Fibrinogen / Biochemistry. 2009. Vol. 48. N 18. P. 3877 – 3886. DOI: 10.1021/bi802205gKollman J., Pandi L., Sawaya M., Riley M., Doolittle R. Crystal Structure of Human Fibrinogen / Biochemistry. 2009. Vol. 48. N 18. P. 3877 – 3886. DOI: 10.1021/bi802205gSpraggon G., Everse S., Doolittle R. Crystal structures of fragment D from human fibrinogen and its crosslinked counterpart from fibrin / Nature. 1997. Vol. 389. P. 455 – 462. DOI: 10.1038/38947Spraggon G., Everse S., Doolittle R. Crystal structures of fragment D from human fibrinogen and its crosslinked counterpart from fibrin / Nature. 1997. Vol. 389. P. 455 – 462. DOI: 10.1038/38947Свергун Д. И., Фейгин Л. А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. — М.: Наука, 1986. — 280 с.Svergun D. I., Feigin L. A. X-ray and neutron small-angle scattering. — Moscow: Nauka, 1986. — 384 p. [in Russian].Жюльен Р. Фрактальные агрегаты / УФН. 1989. Т. 157. Вып. 2. С. 339 – 357.Zhulien R. Fractal aggregates / UFN. 1989. Vol. 157. Issue 2. P. 339 – 357 [in Russian].Василевская Т. Н., Антропова Т. В. Изучение структуры стеклообразных нанопористых матриц методом рентгеновского малоуглового рассеяния / ФТТ. 2009. Т. 51. Вып. 12. С. 2386 – 2393.Vasilevskaya T. N., Antropova T. V. Smoll-angle X-ray scattering studi of the structure of glassy nanoporous matrices / Fiz. Tv. Tela. 2009. Vol. 51. Issue 12. P. 2386 – 2393 [in Russian].Weisel J. W., Litvinov R. I. Fibrin formation, structure and properties / Subcell Biochem. 2017. Vol. 82. N 1. P. 405 – 456. DOI: 10.1007/978-3-319-49674-0 13Weisel J. W., Litvinov R. I. Fibrin formation, structure and properties / Subcell Biochem. 2017. Vol. 82. N 1. P. 405 – 456. DOI: 10.1007/978-3-319-49674-0 13

The authors declare that there are no conflicts of interest present.