Исследование структуры фибриногена методом малоуглового синхротронного рассеяния

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.

1. Jianhui 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.1c02453

2. Durgesh 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/S1600576720014752

3. Schroer 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/S1600577518007907

4. He X. M., Carter D. C. Atomic structure and chemistry of human serum albumin / Nature. 1992. Vol. 358. P. 209 – 215. DOI: 10.1038/358209a0

5. Medved 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: 00145793/85

6. Meisburger 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.6b00790

7. 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.

8. 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.

9. 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: 10.24287/1726-1708-2017-16-1-69-82

10. Zhmurov 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.2011.08.013

11. Крюкова 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/S0023476118060206

12. Kollman 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/bi802205g

13. Spraggon 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: 10.1038/38947

14. Свергун Д. И., Фейгин Л. А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. — М.: Наука, 1986. — 280 с.

15. Жюльен Р. Фрактальные агрегаты / УФН. 1989. Т. 157. Вып. 2. С. 339 – 357.

16. Василевская Т. Н., Антропова Т. В. Изучение структуры стеклообразных нанопористых матриц методом рентгеновского малоуглового рассеяния / ФТТ. 2009. Т. 51. Вып. 12. С. 2386 – 2393.

17. 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 13