J 2022

Extended Mechanism of the Plasminogen Activator Staphylokinase Revealed by Global Kinetic Analysis: 1000-fold Higher Catalytic Activity than That of Clinically Used Alteplase

TOUL, Martin, Dmitri NIKITIN, Martin MAREK, Jiří DAMBORSKÝ, Zbyněk PROKOP et. al.

Základní údaje

Originální název

Extended Mechanism of the Plasminogen Activator Staphylokinase Revealed by Global Kinetic Analysis: 1000-fold Higher Catalytic Activity than That of Clinically Used Alteplase

Autoři

TOUL, Martin (203 Česká republika, domácí), Dmitri NIKITIN (643 Rusko, domácí), Martin MAREK (203 Česká republika, domácí), Jiří DAMBORSKÝ (203 Česká republika, garant, domácí) a Zbyněk PROKOP (203 Česká republika, domácí)

Vydání

ACS Catalysis, WASHINGTON, AMER CHEMICAL SOC, 2022, 2155-5435

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10403 Physical chemistry

Stát vydavatele

Spojené státy

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 12.900

Kód RIV

RIV/00216224:14310/22:00126168

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

UT WoS

000784255800008

Klíčová slova anglicky

staphylokinase; plasminogen activator; kinetic mechanism; global numerical analysis; rate-limiting step; catalytic activity; thrombolytic; fibrin

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 3. 4. 2023 09:28, Mgr. Marie Šípková, DiS.

Anotace

V originále

The plasminogen activator staphylokinase is a fibrin-specific thrombolytic biomolecule and an attractive target for the development of effective myocardial infarction and stroke therapy. To engineer the protein rationally, a detailed understanding of the biochemical mechanism and limiting steps is essential. Conventional fitting to equations derived on the basis of simplifying approximations may be inaccurate for complex mechanisms such as that of staphylokinase. We employed a modern numerical approach of global kinetic data analysis whereby steady-state kinetics and binding affinity data sets were analyzed in parallel. Our approach provided an extended, revised understanding of the staphylokinase mechanism without simplifying approximations and determined the value of turnover number k(cat) of 117 s(-1) that was 10000-fold higher than that reported in the literature. The model further showed that the rate-limiting step of the catalytic cycle is binding of staphylokinase to plasmin molecules, which occurs via an induced-fit mechanism. The overall staphylokinase effectivity is further influenced by the formation of an inactive staphylokinase.plasminogen complex. Here, we describe a quick and simplified guide for obtaining reliable estimates of key parameters whose determination is critical to fully understand the staphylokinase catalytic functionality and define rational strategies for its engineering. Our study provides an interesting example of how a global numerical analysis of kinetic data can be used to better understand the mechanism and limiting factors of complex biochemical processes. The high catalytic activity of staphylokinase (more than 1000-fold higher than that of the clinically used drug alteplase) determined herein makes this thrombolytic agent a very attractive target for further engineering.

Návaznosti

EF17_043/0009632, projekt VaV
Název: CETOCOEN Excellence
EF19_073/0016943, projekt VaV
Název: Interní grantová agentura Masarykovy univerzity
LM2018121, projekt VaV
Název: Výzkumná infrastruktura RECETOX (Akronym: RECETOX RI)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, RECETOX RI
LM2018127, projekt VaV
Název: Česká infrastruktura pro integrativní strukturní biologii (Akronym: CIISB)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Czech Infrastructure for Integrative Structural Biology
MUNI/H/1561/2018, interní kód MU
Název: Decoding the molecular principles of enzyme evolution
Investor: Masarykova univerzita, Decoding the molecular principles of enzyme evolution, Individuální projekty hraničního výzkumu
TN01000013, projekt VaV
Název: Personalizovaná medicína - diagnostika a terapie
Investor: Technologická agentura ČR, Personalizovaná medicína - diagnostika a terapie
857560, interní kód MU
(Kód CEP: EF17_043/0009632)
Název: CETOCOEN Excellence (Akronym: CETOCOEN Excellence)
Investor: Evropská unie, CETOCOEN Excellence, Spreading excellence and widening participation