כיצד נקרש הדם בגוף?

חוקרים השתמשו בשיטת הקריסטלוגרפיה בקרני-רנטגן על מנת להשיג את התמונה הראשונה אי-פעם של החלבון פרותרומבין (אחד מגורמי הקרישה בדם). מבנהו הגמיש של החלבון מהווה גורם מפתח להתפתחותה של קרישת דם.

חוקרים השתמשו בשיטת הקריסטלוגרפיה בקרני-רנטגן על מנת להשיג את התמונה הראשונה אי-פעם של החלבון פרותרומבין (אחד מגורמי הקרישה בדם). מבנהו הגמיש של החלבון מהווה גורם מפתח להתפתחותה של קרישת דם.

במסגרת תוצאות שפורסמו לאחרונה בכתב העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), מדענים מאוניברסיטת סנט לואיס גילו כי הרחקה של מקטעים בלתי-סדורים ממבנה החלבון חושפת את המנגנון המולקולארי של תגובת מפתח היוזמת את קרישת הדם. החוקר Enrico Di Cera, רופא בהכשרתו מהמחלקה לביוכימיה ולביולוגיה מולקולארית באוניברסיטת סנט לואיס, חוקר את החומר תרומבין, חלבון המאפשר קרישת דם ואשר תלוי בויטמין K, ואת הקודמן הבלתי-פעיל שלו פרו-תרומבין (או גורם קרישה II).

“פרו-תרומבין חיוני לחיים והוא גורם הקרישה החשוב ביותר,” מציין החוקר. “אנו גאים לדווח כי המעבדה שלנו הצליחה סוף סוף לגבש את החלבון פרו-תרומבין לראשונה אי-פעם.” קרישת דם מבטיחה את הישרדותנו בכך שהיא מונעת את אובדן הדם לאחר פציעה. אולם, כאשר הקרישה מופעלת בנסיבות לא מתאימות, היא עלולה להוביל לתשישות ואפילו למצבים קטלניים כגון התקפי לב, שבץ או פקקת וריד עמוק (קריש דם בוורידים העמוקים של הרגל שעלול לגרום לתסחיף מסכן חיים בתוך הריאות).

לפני שהתרומבין הופך לפעיל, הוא זורם במחזור הדם שלנו בצורתו הבלתי-פעילה (zymogen) המכונה בשם פרו-תרומבין (טרום-תרומבין). כאשר יש צורך באנזים הפעיל (לאחר פציעה של כלי-דם, לדוגמה) מערך הקרישה מתחיל לפעול והפרו-תרומבין מומר לאנזים הפעיל תרומבין הגורם לקרישתו של הדם.

קריסטלוגרפיה בקרני-רנטגן היא אחד מהכלים שיש בידיהם של המדענים המסייעים להם להבין תהליכים ברמה המולקולארית. היא מאפשרת דרך לקבלת “תמונה קפואה” של מבנה החלבון. במסגרת שיטה זו, מדענים “מגדלים” גבישים של החלבון שברצונם לחקור, “יורים” עליו אלומה של קרני רנטגן ומתעדים את הנתונים המתקבלים באשר לאופן פיזורן של הקרניים בעקבות פגיעתן בגביש. בשלב הבא, הם עושים שימוש בתוכנות מחשב על מנת ליצור תמונה של מבנהו התלת-ממדי של החלבון על בסיס נתונים אלו. ברגע שלמדענים יש את התמונה המרחבית של מבנה המולקולה, הם יכולים לנסות ולהתחיל ולהבין כיצד פועל החלבון וכיצד הוא מגיב עם מולקולות אחרות בגוף, או עם תרופות, לדוגמה.

בשנה שעברה פרסם צוות המחקר לראשונה את המבנה התלת-ממדי של פרו-תרומבין. מבנה ראשוני זה נעדר חלק שהוא האחראי לפעילות עם הקרומיות וחלקים אחרים בו לא פוענחו בעזרת השיטה. למרות העובדה כי החוקרים הצליחו לגבש את החלבון, עדיין היו בו אזורים מעוותים שהם לא הצליחו לצפות בהם. בתוך הפרו-תרומבין יש שני חלקים (מקטעים מעגליים) המחוברים יחדיו ע”י מחבר אחד שסקרן את החוקרים בשל אי-הסדר המובנה שבו. “לאחר שהרחקנו את המקטע הזה, הצלחנו לגבש את החלבון תוך ימים אחדים, זאת במקום חודשים, תוך שאנו מגלים לראשונה את המבנה הפנימי והמדויק של החלבון בכללותו,” מציין החוקר הראשי.

בנוסף לתגלית זו, החוקרים גילו גם כי הגרסה המקוצרת של הפרו-תרומבין מומרת לצורה הפעילה של תרומבין הרבה יותר מהר מהקודמן. המבנה הנעדר את המחבר המעוות הוא למעשה הצורה המיטבית העוברת המרה לתרומבין, וזו חושפת מידע חשוב באשר לשפעול של הפרו-תרומבין. מזה ארבעה עשורים שמדענים מנסים לגבש את החלבון פרו-תרומבין – ללא הצלחה עד כה. “לקח לנו כמעט שנתיים להבין כי המחבר המעוות הוא המפתח לכך,” מסביר החוקר הראשי.

“בסופו של דבר, פרו-תרומבין חשף בפנינו את סודותיו, ובעקבות כך את המנגנון המולקולארי של תגובת מפתח בקרישה של הדם, מה שיאפשר לחוקרים בתחום לתכנן תרופות יעילות יותר.”

הידיעה על המחקר