Mechanism
Plasminogen fungeert als een zymogeen dat de fibrinolytische cascade initieert door aan intact fibrine te binden via structurele domeinen binnen plasminogen die ‘kringle’-domeinen worden genoemd. Structureel zijn kringle-domeinen grote lussen van aminozuren die gestabiliseerd worden door disulfidebindingen. Deze kringle-domeinen, die aanwezig zijn in verschillende enzymen binnen het fibrinolytisch systeem, maken plasminogeenbinding aan carboxy-terminale lysineresiduen mogelijk en worden beschouwd als de eerste fase van fibrinolyse. De binding van plasminogeen wordt in hemostatische trombi gereguleerd door de verwijdering van de carboxy-terminale lysinegroepen wanneer fibrine wordt gevormd in aanwezigheid van trombomoduline, dat door vasculaire endotheelcellen tot expressie wordt gebracht. Trombomoduline bindt trombine en begint carboxypeptidase B te genereren, dat op zijn beurt vrije carboxyterminale lysineresten klieft. Deze regulerende stap voorkomt voortijdige lysolyse van klonters in een hemostatische rol en beperkt de activering van plasminogeen op grote actief vormende trombi. Zodra plasminogeen echter gebonden is aan fibrine, treedt er een conformatieverandering op in de structuur van plasminogeen, waardoor de gevoeligheid van plasminogeen voor activering toeneemt.
Uit studies blijkt dat plasminogeen bestaat in drie verschillende conformatievormen, alfa, bèta en gamma. De alfa-conformatie is een gesloten conformatie en is de bevestiging die voornamelijk wordt aangepast wanneer plasminogeen circuleert. De bèta-conformatie of half-open conformatie treedt op wanneer plasminogeen via één carboxy-terminaal lysineresidu gebonden is aan intacte fibrine, en de gamma-conformatie tenslotte wordt beschreven als een volledig open conformatie en treedt op wanneer plasminogeen gebonden is aan twee carboxy-terminale lysineresiduen. Bovendien blijkt uit de literatuur dat circulerend plasminogeen gemodificeerd kan worden via hydrolysereacties die de bindingsaffiniteit van plasminogeen met fibrine verhogen. Deze conformatievormen en modificaties maken het mogelijk de activering van plasminogeen op moleculair niveau te reguleren.
De fysiologisch meest actieve plasminogeen activator is tissue plasminogen activator (tPA), waarvan de productie en secretie voornamelijk afkomstig zijn van endotheelcellen. De endotheliale afgifte van tPA wordt uitgelokt door talrijke lokale stimuli, waaronder schuifspanning, trombineactiviteit, histamine en bradykinine. Wanneer tPA gesynthetiseerd wordt, bevat het vijf structurele domeinen, waaronder een fibronectine vingerdomein, twee kringle-domeinen, die homologen zijn van de kringle-structuren gevonden in plasminogeen, een epidermale groeifactor-analoog, en een serine proteasedomein. tPA wordt eerst geproduceerd als een eiwit met één keten, en in deze vorm van één keten neemt zijn affiniteit voor plasminogeen af. Zodra plasmine is geproduceerd, werkt plasmine in een positief terugkoppelingsmechanisme, waarbij tPA wordt gesplitst in zijn tweeketenvorm. Deze vorm heeft een 10-voudig verhoogde affiniteit voor het omzetten van plasminogeen in plasmine en versnelt de omzettingssnelheid. In een normaal patent lumen blijft tPA onderdrukt door een molaire overmaat van zijn inhibitor, plasminogeen activator inhibitor-1 (PAI-1). In aanwezigheid van fibrine kunnen zowel plasminogeen als tPA zich binden, gaat het concentratieafhankelijke remmende effect van PAI-1 verloren en komt tPA dicht genoeg in de buurt om plasminogeen te splitsen in actief plasmine. Deze activering vindt plaats door splitsing van een Arg-Val peptidebinding in plasminogeen, waardoor het actieve protease, plasmine, ontstaat. Deze splitsing is de zelfde activerende stap voor alle verschillende activatoren van plasminogeen, waarvan tPA de meest alomtegenwoordige is.
Urokinase-type plasminogeen activator (uPA) is de tweede belangrijke plasminogeen-activator en is bekend om zijn talrijke functies buiten zijn betrokkenheid bij plasminogeen-activering. Om proteolytisch actief te worden en deel te nemen aan de activering van plasminogeen bindt uPA zich met een celoppervlakreceptor op vasculair endotheel. Net als tPA heeft uPA een enkele ketenvorm met lage affiniteit voor plasminogeen, en net als tPA een actievere twee-ketenvorm. Wanneer uPA met één keten zich bindt aan zijn celmembraanreceptor, en wanneer plasminogeen dichtbij is gebonden via een carboxyterminaal lysineresidu, kunnen de twee pro-enzymen elkaar wederzijds activeren. Het is belangrijk op te merken dat de door uPA gemedieerde activering van plasminogeen in vergelijking met tPA een geringe rol speelt bij de activering van plasminogeen. Terwijl uPA en tPA de voornaamste activatoren van plasminogeen zijn, beschrijft de literatuur verschillende andere activatoren van plasminogeen. Hiertoe behoren kallikrein, alsmede factor XIa en factor XIIa. Het totale effect van deze proteasen op de totale plasmaplasmineproductie bedraagt volgens de literatuur ongeveer 15%.
Eenmaal geactiveerd bestaan er in het plasma mechanismen om de plasminereactie af te breken. Plasmine wordt geremd door alfa-antiplasmine, een lid van de serpine-eiwitfamilie. Alfa-antiplasmine circuleert in een relatief hoge concentratie in het plasma om de activiteit van plasmine te remmen. Tegelijkertijd bestaan er mechanismen om de activiteit van tPA en uPA te verminderen, hetgeen wordt bereikt door de werking van twee andere leden van de serpin-familie, plasminogeen activator inhibitor-1 (PAI-1) en plasminogeen activator inhibitor-2 (PAI-2).
Er zijn talrijke celtypen, waaronder endotheelcellen en bloedplaatjes, die PAI-1 en PAI-2 vrijgeven als reactie op cytokinen die betrokken zijn bij ontstekingscascades. PAI-1 wordt geproduceerd in endotheelcellen. De synthese is sterk gereguleerd, en het geproduceerde PAI-1 heeft een actieve vorm die in oplossing snel vervalt. De conclusie is dus dat PAI-1 en PAI-2 na vrijgave structureel labiel zijn en gestabiliseerd moeten worden. Stabilisatie vindt plaats via een circulerende component van plasma, vitronectine genaamd; het vitronectine- en PAI-complex vertoont minder spontane inactivering dan PAI-1 alleen; het fibronectine- en PAI-complex wordt vervolgens verder gestabiliseerd in een moleculair vergrendelingsmechanisme door binding met liganden die het labiele structurele centrum van PAI-1 beperken. Eenmaal gestabiliseerd vormen PAI-1 en PAI-2 onomkeerbare complexen op de snijplaatsen van tPA en uPA waardoor deze binnen de vasculaire ruimte worden geremd. Van de twee bestaat PAI-1 in een hogere concentratie en is het fysiologisch het meest actief in vergelijking met PAI-2; het remt zowel uPA als tPA. Van PAI-2 is daarentegen aangetoond dat het een minimaal remmend effect heeft op tPA en geen remmend effect op uPA. Genetische polymorfismen van PAI-1 werden geacht bij te dragen tot de pathogenese van atherosclerotische ziekte; recente meta-analyses ondersteunen deze bijdrage echter niet.
Nu is er meer recent bewijs voor de endocriene rol die vetweefsel speelt, en bij de activering van plasminogeen is een van vetweefsel afgeleide plasminogeen activator inhibitor geïdentificeerd. De productie van adipose-derived plasminogen activator inhibitor neemt toe naarmate het totale viscerale lichaamsvet toeneemt, hetgeen resulteert in een toenemend remmend effect op plasminogeen activering en leidt tot ontregeling van de fibrinolyse. Van PAI-1 is bekend dat het niet alleen de activering van plasminogeen afremt, maar ook de extracellulaire matrix, de celadhesie en de motiliteit stimuleert. Ontregeling van deze rollen zou een rol kunnen spelen bij fibrotische aandoeningen, neoplastische metastasering en zwangerschapscomplicaties.
In het kort, plasminogeen bestaat in drie verschillende conformatie vormen, die een verschillende toegankelijkheid verlenen aan de activerende plaats van plasminogeen. Activering kan plaatsvinden via verschillende katalytische enzymen, waarvan tPA en uPA fysiologisch het belangrijkst zijn. De activiteit van deze plasminogeen-activatoren wordt voornamelijk gereguleerd door PAI-1 en PAI-2, terwijl de actieve vorm van plasminogeen, plasmine, wordt geremd door alfa-antiplasmine, een serpine-eiwit van dezelfde klasse als PAI-1 en PAI-2.