Латротоксин
Латротоксин обнаруженный — высокомолекулярный нейротоксин , в яде пауков рода Latrodectus (пауков-вдов), а также по крайней мере одного вида другого рода того же семейства, Steatoda nobilis . [1] Латротоксины являются основными активными компонентами яда и ответственны за симптомы латродектизма .
Описаны следующие латротоксины: пять инсектицидных токсинов, называемых α, β, γ, δ и ε-латроинсектотоксинами, один специфичный для позвоночных нейротоксин , альфа-латротоксин, и один токсин, поражающий ракообразных , α-латрокрустатоксин. [2]
α-латротоксин
[ редактировать ]Наиболее изученным латротоксином является альфа-латротоксин, который действует пресинаптически, высвобождая нейротрансмиттеры (включая ацетилхолин ) из сенсорных и двигательных нейронов, а также на эндокринные клетки ( для высвобождения инсулина ). например, [3] Это белок размером ~130 кДа , который существует в основном в димеризованной или тетрамеризованной формах.
α-Латротоксин ( α-LTX ) в природе можно обнаружить у пауков-вдов рода Latrodectus . Самыми известными из этих пауков являются черные вдовы Latrodectus mactans . [4] Яд пауков-вдов ( Latrodectus ) содержит несколько белковых токсинов, называемых латротоксинами, которые избирательно поражают позвоночных , насекомых или ракообразных . Одним из этих токсинов является α-латротоксин, избирательно нацеленный на позвоночных; он неэффективен для насекомых и ракообразных. α-LTX обладает высоким сродством к рецепторам, специфичным для нейрональных и эндокринных клеток позвоночных. [5]
Биосинтез
[ редактировать ]Когда последовательность ДНК α-LTX транскрибируется и транслируется, образуется неактивная молекула-предшественник α-LTX (156,9 кДа). Эта молекула-предшественник подвергается посттрансляционному процессингу, в результате которого образуется активный белок α-LTX (131,5 кДа). [6]
N-концу молекулы-предшественника α-LTX предшествуют короткие гидрофильные последовательности, заканчивающиеся кластером основных аминокислот. Эти кластеры распознаются протеолитическими ферментами (фуриноподобными протеазами ), которые расщепляют и активируют молекулы-предшественники α-LTX посредством гидролиза. С-конец также распознается этими фуриноподобными протеазами и также расщепляется. [6]
Молекулы-предшественники α-LTX синтезируются свободными рибосомами в цитозоле и, следовательно, являются цитозольными в секреторных эпителиальных клетках ядовитых желез. [6] [7] Однако они могут связываться с секреторными гранулами, хотя и не захватываются просветом гранул. Цитозольная молекула-предшественник α-LTX высвобождается из клетки посредством голокриновой секреции, где попадает в ядовитую железу паука. Эта железа содержит несколько протеаз, участвующих в расщеплении молекулы-предшественника α-LTX. [8]
Третическую структуру белка α-LTX можно разделить на три части: N-концевое крыло (36 кДа), [7] организм (76 кДа), [7] и С-концевая головка (18,5 кДа). [7] Из-за С-концевых анкириновых повторов, которые опосредуют белок-белковые взаимодействия, мономер α-LTX в нормальных условиях образует димер с другим мономером α-LTX. [8] Образование тетрамера активирует токсичность. [7]
Токсикокинетика
[ редактировать ]α-LTX влияет на двигательные нервные окончания и эндокринные клетки. Никакая основная ферментативная активность не связана. [7] Вместо этого токсин может образовывать поры в липидных мембранах и индуцировать Ca. 2+ поток ионов.Начало эффектов интоксикации может произойти с лаг-периодом от 1 до 10 минут, даже при субнаномолярных уровнях концентрации. При наномолярных концентрациях происходят всплески высвобождения нейромедиаторов. После всплесков вступают в силу длительные периоды устойчивого высвобождения. [7] [9]
Стимуляция малых концевой пластинки потенциалов действия первоначально индуцируется нейротоксином, а позже нейротрансмиссия блокируется в нервно-мышечном соединении. Это связано с истощением содержимого синаптических пузырьков. [10]
Токсикодинамика
[ редактировать ]α-ЛТХ в тетрамерной форме взаимодействует с рецепторами ( нейрексинами и латрофилинами ) на мембране нейрона, что вызывает встраивание α-ЛТХ в мембрану.
Как только тетрамер внедряется в клеточную мембрану, могут возникнуть два механизма действия. Во-первых, вставка может привести к образованию пор и, возможно, к другим эффектам, а во-вторых, рецептор может активироваться, что приводит к внутриклеточной передаче сигналов. [8] Четыре головки тетрамера образуют чашу, окружающую пору, размер которой в одной точке ограничен 10 Å. [7] Миллимолярные концентрации Ca 2+ и мг 2+ сильно катализирует образование тетрамера, что позволяет предположить, что тетраметрическое состояние зависит от двухвалентного катиона, тогда как ЭДТА способствует образованию димера. Исследования также показывают, что концентрации La 3+ концентрации выше 100 мкМ также блокируют тетрамеризацию. [7] Образование пор может происходить в чистых липидных мембранах, но восстановленные рецепторы значительно увеличивают образование пор. Биологические мембраны блокируют образование пор при отсутствии рецепторов α-LTX (нейрексин, латрофилин, PTPσ). [7] Также известно, что три высококонсервативных остатка цистеина участвуют в связывании рецептора α-LTX, поскольку мутанты, содержащие серин вместо остатков цистеина, не вызывают токсичности. [7] N-концевой домен должен правильно сворачиваться, при этом дисульфидные связи должны быть функциональными. Токсин α-LTX связывается небольшим белком LMWP или латродектином. Было замечено, что образование пор в липидных бислоях невозможно, когда латродектин недоступен. Лактродектин не влияет на токсичность α-ЛТХ. [7]
Образование пор
[ редактировать ]Поры, образованные α-LTX в мембране, проницаемы для Ca. 2+ и, следовательно, допускают приток Ca 2+ в клетку. Этот приток в возбудимую клетку непосредственно и эффективно стимулирует экзоцитоз. Приток катионов пропорционален количеству пор и, следовательно, количеству задействованных рецепторов, экспрессируемых на клеточной мембране. Также Ка 2+ сильно облегчает образование тетрамеров и , следовательно, образование пор. Поры также проницаемы для нейротрансмиттеров, что вызывает массовую утечку пула нейромедиаторов в цитозоль . [8]
Наряду с притоком Ca 2+ , канал не очень избирательный, что позволяет Na + , К + , Нет 2+ , сэр 2+ , мг 2+ , Что + и Cs + тоже пройти через мембрану. Пора большую часть времени открыта, вероятность открытия равна 0,8. Большинство трехвалентных катионов блокируют каналы при 50–100 мкМ, например Yb. 3+ , Б-г 3+ , И 3+ , 3+ и Ал 3+ . [7]
Пора проницаема не только для катионов, но и для воды. Это вызывает отек нервного окончания. Дальнейшие нарушения мембранного потенциала происходят из-за проницаемости малых молекул, таких как нейротрансмиттеры и АТФ, для прохождения через пору α-LTX.
- Проникновение мембраны
Хотя образование тетрамерных пор α-латротоксина было убедительно показано [ нужна ссылка ] Некоторые авторы до сих пор спорят, является ли это основным механизмом действия α-латротоксина, и полагают, что α-латротоксин (тетрамерный или нет) может проникать через мембрану клеток-мишеней и напрямую взаимодействовать с механизмом высвобождения внутриклеточных нейромедиаторов. [ нужна ссылка ]
Рецепторы
[ редактировать ]Предполагается следующий механизм рецептор-опосредованных эффектов.Описаны три рецептора α-латротоксина:
- нейрексин
- латрофилин (также известный как CIRL, кальций-независимый рецептор латрофилина)
- сигма протеинтирозинфосфатаза (PTPσ).
Токсин стимулирует рецептор, скорее всего, латрофилин, который представляет собой рецептор, связанный с G-белком, связанный с Gαq/11. Нижестоящим эффектором Gαq/11 является фосфолипаза C (PLC). При активации PLC увеличивается цитозольная концентрация IP3, что, в свою очередь, индуцирует высвобождение Ca. 2+ из внутриклеточных запасов. Это повышение цитозольного Ca 2+ может увеличить вероятность высвобождения и скорость спонтанного экзоцитоза. [8] Латрофилин с α-LTX может индуцировать активацию протеинкиназы C (PKC). PKC отвечает за фосфорилирование белков SNARE. Таким образом, латрофилин с α-ЛТХ индуцирует эффект экзоцитоза транспортных везикул. Точный механизм еще предстоит выяснить. [11]
- Сигнализация
Помимо основных эффектов образования пор α-латротоксина, другие эффекты α-латротоксина опосредуются взаимодействием с латрофилином и внутриклеточной передачей сигналов (см. Трансдукция сигнала ). [ нужна ссылка ]
Отношения структура-активность (SAR)
[ редактировать ]Чтобы быть токсичным, природный димер α-LTX должен образовывать тетрамер. Тетрамеризация происходит только в присутствии двухвалентных катионов (таких как Ca 2+ или мг 2+ ) или амфипатические молекулы. Четыре мономера, образующие этот тетрамер, расположены симметрично вокруг центральной оси, напоминая четырехлопастный пропеллер диаметром 250 Å и толщиной 100 Å. Головные домены образуют компактную центральную массу, собранную вместе и окруженную доменами тела. Крылья расположены перпендикулярно оси тетрамера. Из-за такой формы тетрамер содержит в центральной массе канал грушевидной формы. На нижнем конце диаметр этого канала составляет 25 Å, затем расширяется до 36 Å и сужается до 10 Å наверху. [7] [8]
Основание тетрамера (ниже крыльев) имеет глубину 45 Å и является гидрофобным, что обеспечивает встраивание в клеточную мембрану. Также вставка тетрамера возможна только при наличии на мембране определенных рецепторов (в основном нейрексина Iα и в незначительной степени латрофилина и PTPσ). Нейрексин Iα опосредует вставку только в присутствии Ca 2+ , тогда как латрофилин и PTPσ могут опосредовать вставку без присутствия Ca 2+ . [8] Таким образом, благодаря каналу и внедрению в клеточную мембрану белок делает клетку более проницаемой для веществ, которые могут проходить через канал. Этими веществами являются одно- и двухвалентные катионы, нейромедиаторы, флуоресцентные красители и АТФ. [8]
Токсичность
[ редактировать ]Средняя летальная доза (LD50) α-LTX для мышей составляет 20–40 мкг/кг массы тела. [8]
ЛД50 яда Latrodectus в мг/кг для различных видов: лягушка = 145, черный дрозд = 5,9, канарейка = 4,7, таракан = 2,7, курица = 2,1, мышь = 0,9, комнатная муха = 0,6, голубь = 0,4, морская свинка = 0,1. . [12]
Научный вклад
[ редактировать ]αLTX помог подтвердить гипотезу везикулярного транспорта о высвобождении медиатора, установить потребность в Ca 2+ для везикулярного экзоцитоза и характеризуют отдельные места высвобождения медиатора в центральной нервной системе. Это помогло идентифицировать два семейства важных рецепторов поверхности нейронов. [8]
Мутантная форма αLTX, которая называется αLTXN4C и не образует пор, внесла свой вклад в исследования. Это помогло подходу к расшифровке механизма внутриклеточной передачи сигналов, стимулируемой αLTX. Мутантный токсин также может быть использован для изучения природы и свойств внутриклеточного Са. 2+ магазины, участвующие в пути трансдукции рецепторов токсинов, и их влияние на вызванные постсинаптические потенциалы. Мутантный токсин также может быть инструментом для выяснения эндогенных функций αLTX. [8]
Другие компоненты яда
[ редактировать ]Естественная добыча пауков-вдов — насекомые, в их яде обнаружено несколько инсектотоксинов. Латроинсектотоксины, по-видимому, имеют сходную структуру. [13]
Белки с высокой молекулярной массой, выделенные из средиземноморской черной вдовы ( L. tredecimguttatus ), включают специфичные для насекомых нейротоксины α-латроинсектотоксин и δ-латроинсектотоксин, нейротоксин, поражающий ракообразных, известный как латрокрустатоксин, и небольшие пептиды , ингибирующие ангиотензин-1. -превращающий фермент . [2]
Помимо описанных выше высокомолекулярных латротоксинов, яд Latrodectus содержит также низкомолекулярные белки. [14] функция которого еще полностью не изучена, но может участвовать в облегчении внедрения латротоксинов в мембраны. [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Данбар, Джон П.; Форт, Антуан; Редюро, Дэмиен; Сюльпис, Ронан; Дюгон, Мишель М.; Куинтон, Лоик (июнь 2020 г.). «Подход веномики выявил высокую долю токсинов, подобных лактродектусам, в яде благородного паука-ложной вдовы Steatoda nobilis» . Токсины . 12 (6): 402. doi : 10.3390/toxins12060402 . ПМЦ 7354476 . ПМИД 32570718 .
- ^ Jump up to: а б Гришин Е.В. (ноябрь 1998 г.). «Токсины паука черной вдовы: настоящее и будущее». Токсикон . 36 (11): 1693–701. дои : 10.1016/S0041-0101(98)00162-7 . ПМИД 9792186 .
- ^ Зюдхоф ТК (2001). «Альфа-латротоксин и его рецепторы: нейрексины и CIRL/латрофилины». Анну. Преподобный Нейроски . 24 : 933–62. дои : 10.1146/annurev.neuro.24.1.933 . ПМИД 11520923 . S2CID 906456 .
- ^ Зюдхоф, TC (2001). «Альфа-латротоксин и его рецепторы: нейрексины и CIRL/латрофилины». Ежегодный обзор неврологии . 24 : 933–62. дои : 10.1146/annurev.neuro.24.1.933 . ПМИД 11520923 . S2CID 906456 .
- ^ Ушкарев Ю.А.; Волынский, К.Э.; Эштон, AC (апрель 2004 г.). «Множественное действие токсинов паука черной вдовы и их избирательное использование в исследованиях нейросекреции». Токсикон . 43 (5): 527–42. дои : 10.1016/j.токсикон.2004.02.008 . ПМИД 15066411 .
- ^ Jump up to: а б с Ушкарев Ю.А.; Волынский, К.Э.; Эштон, AC (апрель 2004 г.). «Множественное действие токсинов паука черной вдовы и их избирательное использование в исследованиях нейросекреции». Токсикон . 43 (5): 527–42. дои : 10.1016/j.токсикон.2004.02.008 . ПМИД 15066411 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н Ушкарев Ю.А.; Роху, А; Сугита, С. (2008). Альфа-латротоксин и его рецепторы . Справочник по экспериментальной фармакологии. Том. 184. стр. 171–206. дои : 10.1007/978-3-540-74805-2_7 . ISBN 978-3-540-74804-5 . ПМК 2519134 . ПМИД 18064415 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Ушкарев Ю.А.; Волынский, К.Э.; Эштон, AC (апрель 2004 г.). «Множественное действие токсинов паука черной вдовы и их избирательное использование в исследованиях нейросекреции». Токсикон . 43 (5): 527–42. дои : 10.1016/j.токсикон.2004.02.008 . ПМИД 15066411 .
- ^ Хенкель, AW; Шанкаранараянан, С. (май 1999 г.). «Механизмы действия альфа-латротоксина». Исследования клеток и тканей . 296 (2): 229–33. дои : 10.1007/s004410051284 . ПМИД 10382267 . S2CID 9933831 .
- ^ Петерсон, Мэн (ноябрь 2006 г.). «Отравление пауком черной вдовой». Клинические методы в практике мелких животных . 21 (4): 187–90. дои : 10.1053/j.ctsap.2006.10.003 . ПМИД 17265903 .
- ^ Хирамацу, Х; Тадокоро, С; Наканиши, М; Хирасима, Н. (декабрь 2010 г.). «Индуцированный латротоксином экзоцитоз в тучных клетках, трансфицированных латрофилином». Токсикон . 56 (8): 1372–80. дои : 10.1016/j.токсикон.2010.08.002 . ПМИД 20708026 .
- ^ Елинек, Г.А. (ноябрь 1997 г.). «Ядовитость паука-вдовы (латродектизм): мировая проблема» . Медицина дикой природы и окружающей среды . 8 (4): 226–31. doi : 10.1580/1080-6032(1997)008[0226:WSELAW]2.3.CO;2 . ПМИД 11990169 .
- ^ Рохоу А., Нилд Дж., Ушкарев Ю.А. (март 2007 г.). «Инсектицидные токсины из яда паука черной вдовы» . Токсикон . 49 (4): 531–49. дои : 10.1016/j.токсикон.2006.11.021 . ПМК 2517654 . ПМИД 17210168 .
- ^ Гаспарини С., Кияткин Н., Древет П. и др. (август 1994 г.). «Низкомолекулярный белок, который очищается совместно с альфа-латротоксином, структурно связан с гипергликемическими гормонами ракообразных» . Ж. Биол. Хим . 269 (31): 19803–9. дои : 10.1016/S0021-9258(17)32091-4 . ПМИД 8051061 .
- ^ Граудинс, Андис; Литтл, Мишель Дж.; Пинеда, Сэнди С.; Хейнс, Питер Г.; Кинг, Гленн Ф.; Броуди, Кевин В.; Николсон, Грэм М. (1 января 2012 г.). «Клонирование и активность нового α-латротоксина из яда красноспинного паука». Биохимическая фармакология . 83 (1): 170–183. дои : 10.1016/j.bcp.2011.09.024 . hdl : 10453/18571 . ПМИД 22001442 .
