Свертывание крови представляет собой сложный процесс, интересный как для теоретической биохимии, так и для практической медицины. Результаты нового исследования демонстрируют, какие процессы, связанные с взаимодействием на атомно-молекулярном уровне, важны для свертывания крови. Это взаимодействие – между фактором свертывания и клеточной мембраной – десятилетиями оставалось загадкой для ученых.

Руководитель исследования – Джеймс Моррисси (James Morrissey) из Университета Иллинойса отмечает, что десятилетиями биохимики знали, что для «запуска» свертывания крови необходимо взаимодействие белков – факторов свертывания – с мембранами клетки, вне клеточной мембраны белки, отвечающие з свертываемость крови, проявляют активность в 1000 меньшую активность.

Для получения исчерпывающей информации исследователи комбинировали лабораторные эксперименты с компьютерным моделированием и анализом объектов исследования с помощью метода ЯМР твердого тела. Для изучения использовались как нативные клеточные мембраны, так и их модели, полученные искусственно.

Проведенные ранее исследования показали, что у каждого фактора свертывания крови в структуре имеется участок – GLA-домен, взаимодействующий со специфическими липидами клеточной мембраны, инициируя химические процессы, отвечающие за свертывание крови.

Опубликованные в 2003 году результаты указывали на то, что GLA-домен взаимодействует со специфическим фосфолипидом – фосфатидсерином [phosphatidylserine (PS)], входящим в состав мембраны клетки. Результаты других исследований демонстрировали, что само по себе непрочное связывание фосфатидсерина с фактором свертывания становится гораздо более прочным в присутствии другого фосфалипида – фосфатидилэтаноламина [phosphatidylethanolamine (PE)].

Оба фосфалипида – PS и PE в больших концентрациях присутствуют во внутренних регионах клеточных мембран, однако они не так часто встречаются во внешнем слое, что затрудняет их контакт с факторами свертывания. При ранении клетки разрушаются или повреждаются, PS и PE взаимодействуют с факторами свертываемости, инициируя свертывание крови.

Был разработан целый ряд гипотез, предпринимавших попытку объяснить, почему факторы свертываемости более активно реагируют с PS в присутствии PE, однако ни одна из них не могла полноценно объяснить результаты, полученные экспериментально. С помощью моделей клеточных мембран, обогащенных PS и PE, Морисси предложил более непротиворечивую гипотезу.

Компьютерные симуляции продемонстрировали, что одна молекула PS непосредственно связывается с GLA-доменом фактора связывания за счет остатка серина. Однако, более удивительным оказалось то, что шесть других молекул фосфолипида также приближались к GLA-домену, самоорганизовываясь таким образом, что их отрицательно заряженные фосфатные группы фосфалипидов могли взаимодействовать с ионами кальция, ассоциированными с GLA-доменом, а фосфатные группы РЕ способствовали «выталкиванию» PS к месту взаимодействия с GLA-доменом.

Анализ модельных комплексов клеточных мембран с помощью ЯМР твёрдого тела подтвердил, что все семь молекул PS непосредственно взаимодействуют с GLA-доменом фактора свертываемости, что подтверждает результаты компьютерной симуляции.