Meccanismo
Il plasminogeno serve come zimogeno che avvia la cascata fibrinolitica legandosi alla fibrina intatta attraverso domini strutturali all’interno del plasminogeno chiamati domini ‘kringle’. Strutturalmente, i domini kringle sono grandi anelli di aminoacidi stabilizzati da legami disolfuro. Questi domini kringle, presenti in diversi enzimi all’interno del sistema fibrinolitico, permettono il legame del plasminogeno ai residui di lisina carbossi-terminali e sono stati considerati il primo stadio della fibrinolisi. Il legame del plasminogeno è regolato nei trombi emostatici dalla rimozione dei gruppi carbossi-terminali di lisina quando si forma la fibrina in presenza di trombomodulina, che è espressa dalle cellule endoteliali vascolari. La trombomodulina si lega alla trombina e comincia a generare la carbossipeptidasi B che a sua volta scinde i residui liberi di lisina carbossi-terminale. Questa fase di regolazione impedisce la lisi prematura dei coaguli agendo in un ruolo emostatico e limita l’attivazione del plasminogeno sui grandi trombi in formazione attiva. Tuttavia, una volta che il plasminogeno è legato alla fibrina, si verifica un cambiamento conformazionale nella struttura del plasminogeno che aumenta la suscettibilità del plasminogeno all’attivazione.
Gli studi indicano che il plasminogeno esiste in tre forme conformazionali distinte, alfa, beta e gamma. La conformazione alfa è una conformazione chiusa ed è la conferma adattata prevalentemente mentre il plasminogeno è in circolazione. La conformazione beta o una conformazione semi-aperta si verifica quando il plasminogeno è legato alla fibrina intatta attraverso un residuo di lisina carbossi-terminale, e infine, la conformazione gamma è descritta come una conformazione completamente aperta e si verifica quando il plasminogeno è legato a due residui di lisina carbossi-terminali. Inoltre, la letteratura indica che il plasminogeno circolante può essere modificato attraverso reazioni di idrolisi che servono ad aumentare l’affinità di legame del plasminogeno alla fibrina. Queste forme conformazionali e modifiche permettono di regolare l’attivazione del plasminogeno a livello molecolare.
L’attivatore del plasminogeno fisiologicamente più attivo è l’attivatore del plasminogeno tissutale (tPA), la cui produzione e secrezione avviene prevalentemente dalle cellule endoteliali. Il rilascio endoteliale di tPA viene innescato da numerosi stimoli locali, tra cui lo stress da taglio, l’attività della trombina, l’istamina e la bradichinina. Quando viene sintetizzato, il tPA, contiene cinque domini strutturali, di questi domini che includono un dominio dito di fibronectina, due domini kringle, che sono omologhi alle strutture kringle che si trovano nel plasminogeno, un analogo del fattore di crescita epidermico, e un dominio serina proteasi. La produzione del tPA avviene prima come proteina a catena singola, e in questa forma a catena singola, la sua affinità per il plasminogeno diminuisce. Una volta che la plasmina è stata prodotta, la plasmina lavora in un meccanismo di feedback positivo, scindendo il tPA nella sua forma a due catene. Questa forma ha un’affinità 10 volte maggiore per convertire il plasminogeno in plasmina e accelera il tasso di conversione. In un normale lume brevettato, il tPA rimane soppresso attraverso un eccesso molare del suo inibitore, l’inibitore dell’attivatore del plasminogeno-1 (PAI-1). In presenza di fibrina, sia il plasminogeno che il tPA possono legarsi, l’effetto inibitorio concentrazione-dipendente del PAI-1 viene perso e il tPA viene portato abbastanza vicino per scindere il plasminogeno in plasmina attiva. Questa attivazione avviene attraverso la scissione di un legame peptidico Arg-Val all’interno del plasminogeno dando origine alla proteasi attiva, la plasmina. Questo evento di scissione è il passo di attivazione simile per tutti i diversi attivatori del plasminogeno, di cui il tPA è il più onnipresente.
L’attivatore del plasminogeno di tipo uPA (uPA) è il secondo maggiore attivatore del plasminogeno ed è noto per avere numerose funzioni oltre al suo coinvolgimento nell’attivazione del plasminogeno. Per essere proteoliticamente attivo e partecipare all’attivazione del plasminogeno, uPA si lega con un recettore di superficie cellulare sull’endotelio vascolare. Come il tPA, la secrezione di uPA è in una forma a catena singola con bassa affinità per il plasminogeno, e simile al tPA ha una forma a due catene più attiva. Quando l’uPA a catena singola si lega al suo recettore di membrana cellulare, e quando il plasminogeno è legato vicino attraverso un residuo di lisina carbossi-terminale, i due proenzimi possono attivarsi reciprocamente. È importante notare che, comparativamente, l’attivazione mediata dall’uPA gioca un ruolo minore nell’attivazione del plasminogeno rispetto al tPA. Mentre uPA e tPA sono i principali attivatori del plasminogeno, la letteratura descrive diversi altri attivatori del plasminogeno. Questi includono la callicreina, così come il fattore XIa e il fattore XIIa. L’effetto complessivo di queste proteasi sulla produzione totale di plasmina nel plasma è riportato in letteratura a circa il 15%.
Una volta attivata, esistono meccanismi all’interno del plasma per degradare la risposta della plasmina. L’inibizione della plasmina avviene tramite l’alfa-antiplasmina che è un membro della famiglia delle proteine serpine, l’alfa-antiplasmina circola nel plasma ad una concentrazione relativamente alta per inibire l’attività della plasmina. Allo stesso tempo esistono meccanismi per diminuire l’attività di tPA e uPA, il che è realizzato dall’azione di altri due membri della famiglia delle serpine, l’inibitore dell’attivatore del plasminogeno-1 (PAI-1) e l’inibitore dell’attivatore del plasminogeno-2 (PAI-2).
Numerosi tipi di cellule, comprese le cellule endoteliali e le piastrine rilasciano PAI-1 e PAI-2 in risposta alle citochine coinvolte nelle cascate infiammatorie. Il PAI-1 è prodotto nelle cellule endoteliali. La sintesi è altamente regolata, e il PAI-1 prodotto è in una forma attiva che decade rapidamente in soluzione. Quindi, la conclusione è che al momento del rilascio, PAI-1 e PAI-2, sono strutturalmente labili e richiedono una stabilizzazione. La stabilizzazione avviene tramite un componente circolante del plasma chiamato vitronectina, il complesso di vitronectina e PAI presenta una minore inattivazione spontanea rispetto al PAI-1 da solo, il complesso di fibronectina e PAI viene poi ulteriormente stabilizzato in un meccanismo di blocco molecolare tramite il legame con ligandi che limita il centro strutturale labile del PAI-1. Una volta stabilizzati, PAI-1 e PAI-2 formano complessi irreversibili nei siti di taglio di tPA e uPA inibendoli all’interno dello spazio vascolare. Dei due, PAI-1 esiste a una concentrazione più alta ed è il più fisiologicamente attivo rispetto a PAI-2 e inibisce sia uPA che tPA. PAI-2, comparativamente, ha dimostrato di avere un effetto inibitorio minimo su tPA e nessuna inibizione su uPA. Si pensava che i polimorfismi genetici di PAI-1 contribuissero alla patogenesi della malattia aterosclerotica, ma recenti meta-analisi non supportano questo contributo.
Prove più recenti hanno suggerito il ruolo endocrino del tessuto adiposo e nell’attivazione del plasminogeno è stato identificato un inibitore dell’attivatore del plasminogeno di derivazione adiposa. La produzione dell’inibitore dell’attivatore del plasminogeno di derivazione adiposa aumenta con l’aumento del grasso corporeo viscerale totale, determinando così un crescente effetto inibitorio sull’attivazione del plasminogeno e portando alla disregolazione della fibrinolisi. PAI-1 è noto per avere ruoli che vanno oltre l’inibizione dell’attivazione del plasminogeno, e l’evidenza indica che ha ruoli nello stimolare il rimodellamento della matrice extracellulare, l’adesione cellulare e la motilità. Si pensa che la disregolazione di questi ruoli abbia implicazioni nella malattia fibrotica, nelle metastasi neoplastiche e nelle complicazioni gestazionali.
In sintesi, il plasminogeno esiste in tre forme conformazionali distinte, che conferiscono diversa accessibilità al sito di attivazione del plasminogeno. L’attivazione può avvenire attraverso diversi enzimi catalitici, di cui il tPA e l’uPA sono i più importanti dal punto di vista fisiologico. L’attività di questi attivatori del plasminogeno è regolata principalmente da PAI-1 e PAI-2, mentre la forma attiva del plasminogeno, la plasmina, è inibita dall’alfa-antiplasmina, una proteina serpin della stessa classe di PAI-1 e PAI-2.