Bioquímica Médica

Las Cascadas de la Coagulación

Las cascadas de coagulación: la cascada intrínseca (la cual tiene menos importancia in vivo en comparación a la cascada extrínseca) es iniciada cuando se realiza el contacto entre la sangre y las superficies expuestas de carga negativa. La vía extrínseca es iniciada cuando ocurre una lesión vascular lo cual resulta en una exposición del factor tisular (TF) (también identificado como el factor III), una glicoproteína subendotelial en la superficie celular que se une a fosfolípidos. La flecha punteada verde representa un punto de cruce entre la vía extrínseca y la intrínseca. Las dos vías se convergen en la activación del factor X a Xa. El factor Xa tiene un papel en la activación del factor VII a VIIa como se demuestra por la flecha verde. El factor Xa activo hidroliza y activa la protrombina a trombina. La trombina puede por ende activar los factores XI, VIII y V lo cual ayuda a que proceda la cascada. Básicamente, el papel de la trombina es convertir el fibrinógeno a fibrina y activar el factor XIII a XIIIa. El factor XIIIa (también llamado transglutaminasa) se une a polímeros de fibrina y así solidificando el coágulo. HMWK = quininógeno de alto peso molecular. PK = precalicreina. PL = fosfolípidos.

El Kallikrein-Kinin Sistema de Coagulación

El kallikrein-kinin sistema comprende un complejo de proteínas que, cuando activado conduce a la liberación de kinins vasoactivos. El kinins son liberados de alto peso molecular kininogen (HMWK) y de bajo peso molecular kininogen (LMWK) como consecuencia de la activación de cualquiera de los tejidos kallikrein o plasma kallikrein. El kallekreins sí existen en la pre-formas inactivas. El kinins están involucrados en muchos fisiológicos y patológicos incluidos los procesos de regulación de la presión arterial y el flujo (a través de la modulación de larenina-angiotensina vía), la coagulación de la sangre, la proliferación celular y el crecimiento, la angiogénesis, apoptosis, y la inflamación. Kinin acción en las células endoteliales conduce a la vasodilatación, el aumento de la permeabilidad vascular, la liberación de activador tisular del plasminógeno (tPA), la producción de óxido nítrico (NO), y la movilización de ácido araquidónico, fundamentalmente el resultado de la prostaciclina (PGI₂) la producción por las células endoteliales. Aunque las actividades de la kallikrein-kinin sistema están involucrados en numerosos procesos, en esta sección se ocupará sólo con su función en la coagulación de la sangre. Con respecto a la hemostasia más importante es la bradiquinina kinin que se libera de HMWK.

Las dos formas de prekallikrein, plasma y tejidos, se derivan de diferentes los genes en diferentes cromosomas. El plasma kallikrein gen (símbolo KLKB1) está en el cromosoma 4q34–q35 y el tejido kallikrein gen (símbolo KLK1) situado en el cromosoma 19q13.2–q13.4. Estos dos son serina proteasas kallikreins cuyos principales sustratos son HMWK (plasma kallikrein) y LMWK (tejido kallikrein). Cuándo plasma prekallikrein está activada para kallikrein que Cleaves HMWK en dos fases proceso que, en definitiva, libera bradiquinina. Bradiquinina es un 9-aminoácido péptido vasoactivo que induce a la vasodilatación y el aumento vasculares permeabilidad. Activado tejido kallikrein Cleaves lysyl-bradiquinina (también llamado kallidin) de LMWK. Lysyl-bradiquinina es bradiquinina con un residuo de la lisina en la N-terminal que un 10-aminoácido péptido vasoactivo. Sus actividades son esencialmente idénticos a los de la bradiquinina.

Ambos HMWK y LMWK se derivan del mismo gen en el cromosoma 3q26–qter que está compuesto de 11 exones. Exones 1 al 9 de codificar la cadena pesada de ambas kininogens. Exón 10 codifica bradiquinina, así como la luz de la cadena de HMWK. Exón 11 codifica la cadena de luz LMWK. La pesada cadena de la luz y la nomenclatura se refiere a la servidumbre-disulfuro de la estructura de cada kininogen después de su a través de la activación por kallikrein escisión.

HMWK se considera una α-globulina y se compone de seis áreas funcionales. La proteína que circula en el plasma como una sola cadena polipeptídica con un peso molecular de 88–120 kDa depende el nivel de glucosilación. El cadena pesada es de 64 kDa y contiene los dominios 1, 2 y 3 mientras que la cadena de luz es de 45–56 kDa y comprende dominios 5 y 6. La cadenas pesadas y ligeras son unidos entre sí a través de dominio 4, que también contiene la secuencia de la bradiquinina. Dominio 1 contiene una baja afinidad de unión de calcio. Dominios 2 y 3 contienen secuencias de aminoácidos (QVVAG) que inhiben la cisteína proteasas. Dominio 3 también ha de plaquetas y células endoteliales vinculante actividad. Dominio de las secuencias de 5 ha heparina vinculante, sitios de unión celular, propiedades y antiangiogénicos. La unión de HMWK a las superficies de carga negativa se produce a través de una región de la histidina cadena de luz que se encuentra en dominio 5. 6 contiene el dominio prekallikrein y factor XI-sitios de unión. Al ser capaces de obligar a cargado a través de superficies de dominio 5 y al mismo tiempo obligar factor XI y prekallikrein dominio a través de 6, puede servir como HMWK cofactor en la activación de contacto con el plasma. LMWK se considera una β-globulina y tiene un peso molecular de 50 a 68 kDa. La estructura de LMWK es similar a la que de HMWK, sin embargo, la cadena de luz está a sólo 4–5 kDa y no tiene ningún contacto activación ni prekallikrein-sitios de unión.

El plasma kinin que forman el sistema se llama el sistema de contacto y de plasma se compone de factor XII, factor XI, prekallikrein y HMWK. Factor XII, prekallikrein, y HMWK saturably reversible y se unen a las células endoteliales, plaquetas y granulocitos en una reacción dependiente de zinc. Cuando se hace de plasma contacto con una superficie de carga negativa, el factor XII se une y se autoactivated del factor XII (el "uno" significa el factor activado). Entonces el factor XIIa prekallikrein activa a kallikrein y kallikrein Cleaves HMWK liberación bradiquinina. Existe también la activación del factor de reciprocidad XII por kallikrein resultante en el sistema de amplificación. La superficie real que conduce al factor XII se autoactivation desconocido sin embargo, varias sustancias fisiológicas apoyar el proceso. Estos sustancias incluyen hematin, la piel, ácidos grasos, los cristales de urato sódico, protoporfirina, sulfatides, heparinas, sulfatos condroitina, el cartílago articular, endotoxina, la L-homocisteína, β-amiloide y la proteína. Una vez que el sistema de contacto se activa la vía intrínseca (se describe a continuación) se inicia.

Cascada Intrínseca de la Coagulación

La vía intrínseca (también llamada la vía de activación por contacto) es mucho menos significante en la hemostasis bajo condiciones fisiológicas normales en comparación a la vía extrínseca. Sin embargo, durante un estado patológico tal como la hiperlipidemia o una infiltración bacteriana puede conllevar a la activación de la trombosis a través de la cascada de coagulación de la vía intrínseca.

La vía intrínseca requiere de los factores de coagulación VIII, IX, X, XI y XII. También requiere de proteínas tales como la precalicreina (PK) y el quininógeno de alto peso molecular (HK o HMWK), al igual que iones de calcio y fosfolípidos secretados por las plaquetas. Cada uno de los componentes de estas vías resulta en la conversión del factor X (inactivo) al factor Xa ("a" significa activo). La iniciación de la vía intrínseca ocurre cuando la precalicreina, quininógeno de alto peso molecular, factor XI y el factor XII son expuestos a una superficie de carga negativa. A esto se lo denomina como la fase de contacto y puede ocurrir como el resultado de una interacción con los fosfolípidos (principalmente fosfotidiletanolamina, PE) de las partículas lipoproteínascirculantes tales como los quilomicrones, VLDL y LDL oxidada. Esta es la base del papel de la hiperlipidemia en promover un estado pro-trombótico y en el desarrollo de la arterosclerosis.

La activación de contacto de la vía intrínseca también puede ocurrir en la superficie de las bacterias, y mediante la interacción con el ácido úrico cristales, ácidos grasos, protoporfirina, β amiloide, y homocisteína. De hecho, los niveles elevados de homocisteína en la sangre han demostrado que son equivalentes con disfunción cardiovascular. Por lo tanto, es importante garantizar que la función apropiada de la reacción metionina sintasase mantiene. Aunque sería suponer que una mayor ingesta de vitamina B₁₂ debería conducir a Conversión de aumento de la homocisteína en metionina, y por lo tanto reduce los niveles de circulantes de homocisteína, estudios controlados han demostrado que esto no ocurrir.

El ensamblaje de los componentes de la fase de contacto resulta en la conversión de la precalicreina a la calicreina, la cual a su vez activa al factor XII a factor XIIa. El factor XIIa puede entonces hidrolizar más precalicreina a calicreina, estableciendo una recíproca activación de la cascada. El factor XIIa también activa al factor XI a factor XIa y conlleva a la liberación de bradicinina, un vasodilatador potente, a partir del quininógeno de alto peso molecular.

En la presencia del Ca²⁺, el factor XIa activa al factor IX a factor IXa. El factor IX es una proenzima que contiene residuos γ-carboxiglutamato (gla) vitamina K-dependientes, cuya actividad de proteasas de serina es activada luego de que el Ca²⁺ se une a los residuos gla. Varias de estas proteasas de serina de la cascada (II, VII, IX y X) son proenzimas que contienen gla. El factor activo IXa cliva al factor X en una unión interna de arg-ile (R-I) resultando en su propia activación al factor Xa.

La activación del factor Xa requiere el ensamblaje del complejo de tenasa (Ca²⁺ y los factores VIIIa, IXa y X) en la superficie de las plaquetas activadas. Una de las respuestas de las plaquetas a su activación es la presentación de un fosfatidilserina (PA) y un fosfatidilinositol (PI) en sus superficies. La exposición de estos fosfolípidos permite que se forme el complejo de tenasa. El papel del factor VIII en este proceso es de servir como un receptor, en la forma del factor VIIIa, para los factores IXa y X. El factor VIIIa se denomina un cofactor en la cascada de coagulación. La activación del factor VIII al factor VIIIa (el verdadero receptor) ocurre en la presencia de cantidades diminutas de trombina. Cuando la concentración de trombina se incrementa, el factor VIIIa es clivado por la trombina e inactivado. Esta acción doble de la trombina, sobre el factor VIII, actúa para limitar la formación del complejo de tenasa y por ende, la extensión de la cascada de coagulación.

Cascada Extrínseca de la Coagulación

El factor Xa activado es el sitio en el cual las cascadas de coagulación intrínseca y extrínseca se convergen. La vía extrínseca es iniciada en el sitio de la lesión en respuesta a la liberación del factor tisular (factor III) y por ende, es también conocida como la vía del factor tisular. El factor tisular es un cofactor en la activación catalizada del factor X por el factor VIIa. El factor VIIa una proteasa de serina que contiene un residuo gla, cliva al factor X en factor Xa de manera idéntica a la del factor IXa en la vía intrínseca. La activación del factor VII ocurre a través de la acción de la trombina o el factor Xa. La habilidad del factor Xa de activar al factor VII crea una asociación entre las vías intrínseca y extrínseca. Una asociación adicional entre las dos vías se da a través de la habilidad del factor tisular y el factor VIIa de activar al factor IX. Se cree que la formación del complejo entre el factor VIIa y el factor tisular es el paso principal en toda la cascada de coagulación. La evidencia de esta declaración nace del hecho que personas con deficiencias hereditarias en los componentes de la fase de contacto de la vía intrínseca no exhiben problemas de coagulación. Uno de los mecanismos más importantes de la inhibición de la vía extrínseca ocurre en el complejo tisular factor-factor VIIa–Ca²⁺–Xa. La proteína, un inhibidor de la coagulación asociado a una lipoproteína, LACI se une específicamente a este complejo. LACI también se denomina el inhibidor de la vía extrínseca, EPI o factor tisular inhibidor de la vía, TFPI y anteriormente se lo conocía como anticonvertina. LACI es compuesto de 3 dominios inhibidores de proteasas. El dominio 1 se une al factor Xa y el dominio 2 se une al factor VIIa pero sólo en la presencia del factor Xa.

Activación de la Protrombina a Trombina

El punto en el cual las dos vías se convergen es en la activación del factor X al factor Xa. El factor Xa activa a la protrombina (factor II) para convertirse en trombina (factor IIa). La trombina, a su vez, convierte el fibrinógeno a fibrina. La activación de la trombina ocurre en la superficie de las plaquetas activadas y requiere de la formación de un complejo de protrombinasa. Este complejo está compuesto de los fosfolípidos de las plaquetas: fosfatidilinositol y fosfatidilserina, Ca²⁺, factores Va y Xa y protrombina. El factor V es un cofactor en la formación del complejo de protrombinasa y tiene un papel similar al del factor VIII en la formación del complejo de tenasa. Como la activación del factor VIII, el factor V es activado al factor Va a través de cantidades diminutas y es inactivado por niveles aumentados de trombina. El factor Va se une a receptores específicos en la superficie de las plaquetas activadas y forma un complejo con la protrombina y el factor Xa.

La protrombina es una proteína de cadena simple de 72,000 Daltons, que contiene diez residuos gla en la región de su N-terminal. Dentro del complejo de protrombinasa, la protrombina es clivada en 2 sitios por el factor Xa. Este clivaje genera una molécula de trombina activa de 2 cadenas que contiene una cadena A y una cadena B las cuales están unidas por una unión simple de disulfuro.

Además de su papel en la activación de la formación del tampón de fibrina, la trombina juega un papel regulador importante en la coagulación. La trombina se une con la trombomodulina presente en la superficie de las células endoteliales formando un complejo que convierte la proteína C a la proteína Ca. La proteína S y la proteína Ca son cofactores que degradan a los factores Va y VIIIa y así limitando la actividad de estos 2 factores en la cascada de la coagulación.

La trombina también se une, resultando en la activación de la señalización, a una clase de receptores acoplados a proteínas G llamados receptores activados por proteasas (siglas en Inglés: PARs), específicamente PAR-1, -3 y -4. Los PARs utilizan un mecanismo único para convertir el producto del clivaje proteolítico extracelular a un evento de señalización intracelular. Los PARs llevan su propio ligando el cual se mantiene inactivo hasta que el clivaje por las proteasas libere al ligando, por ejemplo como es el caso de la trombina. El ligando liberado reacciona con un dominio de unión del ligante del PAR lo que resulta en la activación de varias cascadas de señalización. Estas cascadas de señalización resultan en una liberación aumentada de interleucinas, (ILs), IL-1 e IL-6, una secreción aumentada de la molécula de adhesión intercelular-1 (ICAM-1) y la molécula de adhesión de la célula vascular-1 (VCAM-1). La señalización inducida por la trombina también resulta en un aumento en la activación plaquetaria y en la adhesión de leucocitos.

La trombina también activa al inhibidor de fibrinólisis activado por la trombina (TAFI) y así modulando la fibrinólisis (degradación de los coágulos de fibrina). El TAFI también se conoce como la carboxipeptidasa U (CPU) cuya actividad resulta en la eliminación de las lisinas en la C-terminal de la fibrina parcialmente degradada. Esto conlleva a una falla en la activación del plasminógeno, y así reduciendo la taza de la disolución del coágulo de fibrina (esto se llama fibrinólisis).

Control de los Niveles de Trombina

La incapacidad del cuerpo de controlar los niveles circulantes de la trombina activa puede resultar en graves consecuencias. Hay dos mecanismos principales por los cuales la actividad de la trombina es regulada. La forma de la trombina que predomina en la circulación es la protrombina inactiva cuya activación requiere de las vías de activación de las proenzimas de la cascada de la coagulación, descritas anteriormente. A cada paso de la cascada, los mecanismos de retroalimentación regulan el balance entre las enzimas activas e inactivas.

La activación de la trombina también es regulada por 2 inhibidores de trombina específicos. La antitrombina III es el más importante debido a que también puede inhibir la actividad de los factores IXa, Xa, XIa y XIIa. La actividad de la antitrombina III es aumentada en la presencia de la heparina a través de las siguientes maneras: la heparina se une a un sitio específico en la antitrombina III, produciendo una conformación alterada de la proteína y la nueva conformación tiene una afinidad más alta para la trombina al igual que otros sustratos. Este efecto de la heparina es la base de su uso clínico como un anticoagulante. El activador de la heparina de la antitrombina III está presente como heparan y heparan sulfato en la superficie de las células endoteliales de los vasos. Es esta misma característica que controla la activación de la cascada de la coagulación intrínseca.

Sin embargo, la actividad de la trombina es inhibida por la α₂-macroglobulina, heparina cofactor II y la α₁-antitripsina. Aunque la α₁-antitripsina tiene un papel pequeño en la regulación de la trombina, es el inhibidor principal de proteasas de serina en el plasma humano. Su importancia fisiológica se ilustra por el hecho de que la deficiencia de esta proteína juega un papel en el desarrollo del enfisema.

Proteína C: Control de la Coagulación y Sepsis

Proteína C (PC) es una serina proteasa similar a tripsina que sirve como un regulador importante del proceso de coagulación. Proteína S (PS) sirve como un cofactor para las funciones de la proteína C activada (abreviado aPC, y también de APC). La proteína C humana gen (gen símbolo = PROC) se encuentra en cromosoma 2p13–14 y se compone de 9 exones que codifican una proteína de 419 aminoácidos. La proteína C se somete a una serie de modificaciones post-traduccionales que incluyen varias sitios de N-glicosilación y la γ-carboxilación de nueve residuos de glutamato (residuos gla) en el extremo amino terminal. Estos gla residuos en el extremo amino terminal de ordenador constituyen el "dominio gla" de la proteína. En adición al dominio gla, PC contiene dos factor de crecimiento epidérmico-como regiones (dominios EGF), el dominio de serina proteasa, y un péptido de activación.

División de PC de trombina elimina el péptido de activación de generación aPC. Cuando se activa a través de la hendidura por la trombina, aPC se unirá ambos factor Va y el factor VIII en las enzimas inactivas. Esto resulta en la la terminación de la función del VIII como el andamiaje para la formación de la tenasa compleja y Va como un cofactor en la conversión de protrombina en trombina en el complejo protrombinasa. El efecto neto, a nivel de la coagulación, de la la activación de la PC es la terminación de nuevas subidas en la producción de trombina y un alto a la formación de más coágulos de fibrina. La activación de la PC, se produce trombina en la superficie del endotelio cuando se une a la trombina y la trombomodulina "captura" de circulación PC. Después de la activación, aPC interactúa con PS y rompe VIIIa y Va.

La importancia de la aPC en el control de la actividad de Virginia se puede ver en el hypercoagulopathy (trombofilia) se refirió a como el factor V Leiden. Este trombofilia es causada por una mutación en el gen del factor V que resulta en una proteína que no es realmente degradada por aPC. El factor V Leiden es la más común de trombofilia hereditaria en la población caucásica de origen europeo. En general, el 5% de la población mundial alberga la mutación del factor V Leiden. La síntomas del factor V Leiden son la trombosis venosa profunda (TVP) y pulmonar embolia, los cuales pueden ser fatales. De hecho se estima que hasta en el 30% de los pacientes que sufren de TVP o embolia pulmonar son portadores de el factor V Leiden, mutación. La pérdida de la proteína C en la masiva y por lo general letales complicaciones trombóticas en niños con deficiencia homocigota de PC. En individuos que son heterocigotos para las deficiencias de PC hay un mayor riesgo para la trombosis venosa.

Aunque el papel de aPC en la terminación de la coagulación es muy importante que también sirve muchas funciones adicionales que modifican el inflamatoria procesos que ocurren en la vasculatura. Activado PC se une al endotelio receptor de la proteína C (EPCR) y conduce a la activación de PAR-1 (véase más arriba para el papel de la trombina en la activación de PAR), que provoca citoprotectora y las respuestas anti-inflamatorios en las células endoteliales. Las funciones EPCR como co-receptor para la ruptura de APC-mediada y la activación de PAR-1. El EPCR se encuentra también en monocitos, neutrófilos, fibroblastos y queratinocitos. Los efectos citoprotectores provocado por la activación de aPC de PAR-1 incluyen la protección de la célula endotelial barrera y la inducción de las vías de señalización anti-apoptóticos, así como la expresión eNOS. Adicional endotelial respuestas a la activación de aPC de PAR-1 se producen a través de la inhibición de la expresión y las acciones de la potente proinflamatorias factor de transcripción NFκB. La supresión de NFκB acción regulación a la baja en los resultados de la síntesis de óxido nítrico endotelial pro-inflamatorias citocinas como la IL-6 e IL-8, la quimiocina MCP-1 (quimiotáctica de monocitos proteína-1), y la molécula de adhesión celular ICAM-1 (de adhesión intercelular molécula-1).

La unión de aPC a la EPCR en monocitos conduce a la inhibición de la síntesis y liberación de citoquinas pro-inflamatorias (por ejemplo, la IL-1, IL-6 y TNFα) de estos células que resulta de la inhibición de las acciones de NFκB. monocitos adicional efectos de aPC incluyen disminución del factor tisular (factor III) de la expresión y la inhibición de la liberación de las quimiocinas MIP-1α (macrófagos inflamatorios proteína-1α) y MCP-1.

Los efectos anti-inflamatorios y citoprotector de aPC fueron la base para el desarrollo de la droga sepsis Xigris® (dotrecogin alfa). Aunque se ha usado desde hace varios años, este medicamento ha sido retirado del mercado debido a las reducciones insignificantes de la mortalidad inducida por sepsis. La sepsis se inicia por la infección por el que microbios y / o toxinas microbianas liberadas a la sangre y desencadenar una sistémico activación incontrolada tanto de la cascada de la coagulación e inflamatorios vías. La sepsis es la principal causa de muerte en pacientes de cuidados intensivos que no son los pacientes coronarios. La sepsis grave afecta a más de 700.000 personas en los Estados Unidos cada año con una tasa de mortalidad de 30% a 50%.

Además de su eficacia demostrada en el tratamiento de la sepsis, aPC actualmente se está investigando para el tratamiento de numerosas condiciones. Estos incluyen el tratamiento de una carrera ya que en modelos de ratón anti-inflamatorios y acciones anticoagulante de la aPC tienen la ventaja adicional de ejercer efectos neuroprotectores. lesión por isquemia-reperfusión (I / R) se produce cuando los tejidos temporalmente privados de sangre oxigenada (isquemia) y el retorno de la sangre flujo (reperfusión) se traduce en daños al tejido. El daño secundario de I / R es una consecuencia de las intensas reacciones inflamatorias que se inician en respuesta a la anoxia. El daño de reperfusión puede ocurrir en los tejidos u órganos que no se vieron afectadas por el episodio isquémico inicial. En modelos de ratón que tiene Se ha demostrado que la infusión de aPC atenúa el daño oxidativo de los tejidos isquemia y este efecto puede deberse a la inhibición directa de aPC-mediada de activación de los neutrófilos. Otras afecciones que pueden tratarse con aPC infusión incluyen la lesión pulmonar aguda, asma, y la pancreatitis aguda. Los estudios han también demostró que aPC puede promover la cicatrización de heridas y la angiogénesis.