Кротоксин
Кротоксин (СТХ) является основным токсичным соединением змеиного яда южноамериканской гремучей змеи Crotalus durissus terrificus . Кротоксин представляет собой гетеродимерный бета- нейротоксин , состоящий из кислой, нетоксичной и неферментативной субъединицы (СА) и основного, слаботоксичного белка фосфолипазы А2 (CB). Этот нейротоксин вызывает паралич как за счет пре-, так и постсинаптической блокировки передачи сигналов ацетилхолина .
История
[ редактировать ]Кротоксин был идентифицирован в 1938 году исследователями химического факультета Института Бутантана в Сан-Паулу. Соединение было сначала очищено от яда Crotalus d. потрясающе . Эти исследователи обнаружили, что 60 процентов яда состояло из нейротоксичного вещества, позже названного кротоксином. [ 1 ]
Кротоксин был первым белковым токсином, который был кристаллизован ( кристаллизация белка ). Первая публикация об этом открытии показала, что токсин работал с двумя элементами: токсичным и коагуляционным. [ 1 ] Позднее было обнаружено, что белок кротоксин не однороден, а состоит из двух субъединиц. Токсическое действие кротоксина определяется главным образом действием фосфолипазы А2 ХБ. Субъединица СА неферментативна и нетоксична, но обладает функциями свертывания крови ( коагуляция ), теперь известной как кротапотин. [ 2 ] [ 3 ] С 1966 года по настоящее время проводятся исследования фармакологического применения кротоксина. [ 4 ] [ 5 ]
Структура и реакционная способность
[ редактировать ]Структура кротоксина состоит из компонентов CA и CB в молекулярном соотношении 1:1. CA представляет собой нетоксичный и неферментативный кислый белок, а CB представляет собой токсичный компонент, белок фосфолипазы А2. Оба компонента образуют нековалентный гетеродимерный комплекс ( белковый димер ). Было обнаружено, что изоформы ( изоформы белка ) СА и CB могут образовывать по меньшей мере 16 различных комплексов CTX. [ 3 ]
Субъединица СА
[ редактировать ]Белок СА образован тремя полипептидными цепями, связанными дисульфидными связями: α, β и γ. Альфа-спирали ( Альфа-спираль ) с петлями в концевых положениях образованы α- и β-цепями. Цепь γ образует неупорядоченную петлю. Компонент СА присутствует в гетеродимерном комплексе для предотвращения связывания фосфолипазы А2 с неспецифическими сайтами связывания. [ 3 ]
Субъединица CB
[ редактировать ]Субъединица CB представляет собой белок фосфолипазы А2. С-конец ( С-конец ) субъединицы CB важен для взаимодействия между обеими субъединицами, поскольку он взаимодействует с альфа-спиралью СА. Таким образом, субъединица СА блокирует часть поверхности фермента фосфолипазы А2, что приводит к невозможности ее активации. Это означает, что фосфолипаза А2 не может адсорбироваться на границе раздела липид/вода клеточной мембраны. Остатки субъединицы CB, которые участвуют в поверхности фермента и блокируются субъединицей CA, представляют собой F24 и F119, которые представляют собой фенилаланина аминокислоты . Однако было обнаружено, что эти остатки не являются частью активного центра . [ 6 ]
Интерфейс между СА и CB образован тремя аминокислотами триптофаном , которые играют важную роль в стабильности кротоксинового комплекса. [ 3 ]
Реактивность
[ редактировать ]Различные изоформы субъединиц СА и СВ могут образовывать комплексы кротоксина, которые можно разделить на два класса: умеренно токсичные с высокой активностью фосфолипазы А2 или более токсичные с более низкой ферментативной активностью. Таким образом, изоформы также играют роль в стабильности комплекса кротоксина. Менее токсичные комплексы менее стабильны, а более токсичные более стабильны. Поэтому более токсичные комплексы кротоксина диссоциируют медленнее, чем менее токсичные. Связь между токсичностью и активностью фермента является результатом синергизма ( синергизма ) действия обеих субъединиц. При этом субъединица CA усиливает токсичность субъединицы CB, одновременно снижая ее ферментативную активность и антикоагулянтную активность. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
Механизм действия
[ редактировать ]Основной механизм действия кротоксина двоякий: пресинаптическое и постсинаптическое. [ 10 ] [ 11 ]
Пресинаптический
[ редактировать ]Торможение пресинаптической секреции ацетилхолина обусловлено активностью фосфолипазы А2 субъединицы CB. Точный механизм пресинаптического ингибирования ацетилхолина фосфолипазой А2 (PLA2) неизвестен. Хотя пресинаптический эффект обусловлен субъединицей CB, он усиливается присутствием субъединицы CA. [ 12 ]
Гипотезы
[ редактировать ]Существует несколько гипотез и моделей, которые пытаются объяснить фармакологические эффекты активности фосфолипазы А2 (PLA2).
Существует гипотеза, основанная на повреждении PLA2 мембранных фосфолипидов посредством гидролиза в сайтах специфического связывания на экзоцитотически активных участках мембраны. Это может привести к нарушению реабсорбции везикул и истощению запасов ацетилхолина. [ 13 ] Другая гипотеза основана на специфическом связывании с рецепторами и белками для создания внутриклеточных ферментзависимых и независимых реакций. Повреждение мембраны активностью PLA2 позволяет PLA2 проникать в клетки и специфически связываться с белками и рецепторами, как агонистическими, так и антагонистическими, вызывая неферментативные фармакологические эффекты. Внутриклеточный PLA2 также может оставаться ферментативно активным и гидролизовать мембранные фосфолипиды. Это может привести к фармакологическому эффекту за счет повреждения мембран и мембранных белков или за счет лизофосфолипидов и жирных кислот, высвобождающихся при гидролизе. [ 14 ] Последняя гипотеза основана на индуцированных изменениях концентрации Ca2+ в пораженных клетках. Большие изменения концентрации Ca2+ мешают многим процессам, включая слияние пузырьков и мембранный потенциал митохондрий. Оба эти процесса важны для гомеостаза ацетилхолина. [ 15 ]
Постсинаптический
[ редактировать ]Второй частью механизма действия кротоксина является постсинаптическая часть. Постсинаптические никотиновые рецепторы ацетилхолина блокируются гетеродимерной формой кротоксина. Это блокирование достигается за счет стабилизации неактивной формы никотиновых ацетилхолиновых рецепторов ферментным комплексом. Вместе с пресинаптическим ингибированием ацетилхолина этот постсинаптический эффект может привести к параличу пораженных мышц. [ 11 ]
Токсичность
[ редактировать ]Кротоксин оказывает фатальное нейротоксическое действие, поскольку токсичность CB синергически усиливается CA. [ 16 ] [ 17 ] Многие люди умирают от острой почечной недостаточности или острой дыхательной недостаточности. Последнее является результатом паралича мышц дыхательной системы. [ 18 ] Низкие уровни кротоксина вызывают неполную блокировку рецептора ацетилхолина, что приводит к полностью обратимому парезу. При более высоких дозах нервно-мышечные нарушения становятся более тяжелыми. другие холинергические Также распространены симптомы, особенно при приеме более высоких доз. Внутримышечная инъекция кротоксина также проявляет миотоксический эффект. [ 19 ] (LD50 Внутривенная летальная доза ) нативного кротоксина для мышей составляет 0,096 мкг/г. [ 20 ] Сообщалось, что у мышей может развиться толерантность к токсину, если они получают увеличивающиеся дозы кротоксина каждый день. В конечном итоге они могут переносить дозы, в 35 раз превышающие ЛД50, не вызывая при этом интоксикации. [ 21 ] Доклинические исследования на людях также показывают, что признаки токсичности уменьшались или исчезали, когда пациенты подвергались воздействию кротоксина в течение более длительных периодов времени. [ 19 ]
Уход
[ редактировать ]В Бразилии ежегодно почти 2000 укусов змей происходят из-за Crotalus durissus . Единственное лечение для людей, отравленных C. durissus, — это специально разработанное противоядие, которое необходимо вводить внутривенно. С появлением этого противоядия уровень смертности снизился с 73% до 1,5%. Дозировка противоядия варьируется от 10 до 20 ампул в зависимости от тяжести отравления. Однако эффективность доз клинически не исследовалась. [ 18 ]
Эффективность
[ редактировать ]Кротоксин в яде C. durissus является мощным нейротоксином, который также оказывает почечное и миотоксическое действие. Помимо токсических эффектов, кротоксин также оказывает противовоспалительное, иммуномодулирующее, анти-ВИЧ и противоопухолевое действие на моделях человека и животных. [ 4 ] Наряду с тем, что организм может вырабатывать толерантность к токсическому действию кротоксина, эти эффекты представляют интерес для фармацевтического использования. [ 19 ] [ 22 ]
Фармацевтическое применение
[ редактировать ]Поскольку кротоксин действует как нервно-мышечный блокатор ( препарат, блокирующий нервно-мышечную деятельность ), уже были проведены некоторые исследования с целью выяснить, может ли кротоксин действовать в качестве лечения проблем с мышечным напряжением. [ 23 ] В одном исследовании было показано, что кротоксин улучшает положение глаз у группы пациентов с косоглазием после инъекции. То же исследование также показало, что это может помочь пациентам с блефароспазмом . [ 23 ] При низких концентрациях кротоксина у пациентов с мышечной дистонией наблюдается нормальное функционирование. Поэтому он предлагается в качестве хорошей альтернативы ботулотоксину . [ 24 ] Клинические исследования показали, что комплекс кротоксина и изолированные КБ обладают антигенными свойствами, которые могут стимулировать выработку антител . Некоторые исследования показали, что кротоксин улучшает симптомы, связанные с иммуноассоциированными заболеваниями и другими состояниями, включая рак . [ 25 ] Однако в настоящее время не существует NCI ( Национального института рака ) по изучению кротоксина для лечения рака. клинических испытаний, проводимых при поддержке [ 26 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Слотта, К.Х., Френкель-Конрат Х. «Два активных белка из яда гремучей змеи» , Nature , 142 , 213 (1938). дои: 10.1038/142213a0.
- ^ Рубсамен К., Брайтаупт Х., Хаберманн Э. (1971). «Биохимия и фармакология комплекса кротоксина: I. Субфракционирование и рекомбинация комплекса кротоксина» , Naunyn-Schmiedebergs Archiv für Pharmakologie , 270 , 274-288.
- ^ Перейти обратно: а б с д Фернандес С., Пазин В., Дрейер Т. и др. «Биофизические исследования предполагают новую структурную структуру кротоксина и дают представление о его токсическом механизме» , Scientific Reports , 7 , 43885 (2017). doi: 10.1038/srep43885.
- ^ Перейти обратно: а б Сампайо СК, Хислоп С., Фонтес МРМ, Прадо-Франчески Дж., Замбелли ВО, Магро А.Дж., Бригатт П., Гутьеррес В.П., Кюри Й. (2010). «Кротоксин: новые активности классического β-нейротоксина» , Toxicon , 55 (6), 1045-1060. doi:10.1016/j.токсикон.2010.01.011.
- ^ Vital Brazil и др. (1966). «Фармакология кристаллического кротоксина – токсичность» , Memórias do Instituto Butantan, 33 , 973-980.
- ^ Переанес Х.А., Гомес И.Д., Патино AC (2012). «Связь между структурой и ферментативной активностью комплекса кротоксина и его субъединицы фосфолипазы А2: подход in silico» , Журнал молекулярной графики и моделирования , 35 , 36-42. doi:10.1016/j.jmgm.2012.01.004.
- ^ Форе Г, Сюй Х, Сол Ф.А. (2011). «Кристаллическая структура кротоксина раскрывает ключевые остатки, участвующие в стабильности и токсичности этого мощного гетеродимерного β-нейротоксина» , J. Mol. Биол. , 412 (2), 176-191. doi:10.1016/j.jmb.2011.07.027.
- ^ Фор Г., Харви А.Л., Томсон Э., Салиу Б., Радвани Ф., Бон С. (1993). «Сравнение изоформ кротоксина показывает, что стабильность комплекса играет важную роль в его фармакологическом действии» , Европейский журнал биохимии , 214 (2), 491-496. doi:10.1111/j.1432-1033.1993.tb17946.x.
- ^ Шуме В., Бушье С., Дело Э., Фор Г., Салиу Б., Бон С. (1996). «Структура и функциональная взаимосвязь кротоксина, гетеродимерной нейротоксиновой фосфолипазы A2 из яда южноамериканской гремучей змеи» , В: Singh BR, Tu AT (ред.), Natural Toxins 2, Advance in Experimental Medicine and Biology, vol 391. Springer. , Бостон, Массачусетс.
- ^ Вульфиус, Кэтрин А. и др. (2017). «Пресинаптически активные фосфолипазы А2 поджелудочной железы и змеиного яда ингибируют никотиновые ацетилхолиновые рецепторы» , PLOS One , 12 (10), doi:10.1371/journal.pone.0186206.
- ^ Перейти обратно: а б Бон, Кассиан и др. (1979). «Постсинаптические эффекты кротоксина и его изолированных субъединиц» , Европейский журнал биохимии , 99 (3), 471–482. doi:10.1111/j.1432-1033.1979.tb13278.x.
- ^ Кавальканте, Уолтер Лг и др. (2017). «Нервно-мышечный паралич, вызванный основной субъединицей кротоксина фосфолипазы А 2 из змеиного яда Crotalus Durissus Terrificus, нуждается в кислотном шапероне, чтобы одновременно ингибировать высвобождение ацетилхолина и вызывать мышечную блокаду» , Toxicology and Applied Pharmacology , 334 , 8–17. doi:10.1016/j.taap.2017.08.021.
- ^ Монтекукко, Чезаре и др. (2009). «Различные механизмы ингибирования нервных окончаний ботулиническими и пресинаптическими нейротоксинами змей» , Toxicon , 54 (5), 561–564. doi:10.1016/j.токсикон.2008.12.012.
- ^ Кини, Р. Манджунатха (2003). «Впереди волнение: структура, функция и механизм ферментов фосфолипазы А2 змеиного яда» , Toxicon , 42 (8), 827–840. doi:10.1016/j.токсикон.2003.11.002.
- ^ Ригони, Микела и др. (2007). «Приток кальция и митохондриальные изменения в синапсах, подвергшихся воздействию змеиных нейротоксинов или продуктов их гидролиза фосфолипидов» , Journal of Biological Chemistry , 282 (15), 11238–11245. doi:10.1074/jbc.m610176200.
- ^ Лаустсен А.Х. (2016). «Синергизм токсинов в змеиных ядах» , Toxin Reviews , 35 (3-4), 165-170. дои: 10.1080/15569543.2016.1220397.
- ^ Чиунг Чанг С, Донг Ли Дж (1977). «Кротоксин, нейротоксин яда южноамериканской гремучей змеи, представляет собой пресинаптический токсин, действующий как β-бунгаротоксин» , Arch. Фармакол. , 296 , 159-168.
- ^ Перейти обратно: а б Амарал КФС, Камполина Д., Диас М.Б., Буэно К.М., Чавес-Олортеги К., Пенафорте К.Л., Диниз Ч.Р., Резенде Н.А. (1997). «Фактор времени в обнаружении циркулирующего цельного яда и кротоксина и эффективности противоядной терапии у пациентов, отравленных Crotalus durissus» , Toxicon , 35 (5), 699-704.
- ^ Перейти обратно: а б с Кура Дж.Э., Бланзако Д.П., Бриссон С., Кура М.А., Каброл Р., Ларратегай Л., Мендес С., Сечи Х.К., Сильвейра Дж.С., Тейллер Э., Рудт А.Р. де, Видал Дж.К. (2002). «Фаза I и исследование фармакокинетики кротоксина (цитотоксин PLA2, NSC-624244) у пациентов с поздними стадиями рака» , Clinical Cancer Research , 8 , 1033-1041.
- ^ Магальяес Т., Пройетти Виотти А., Теперино Гомеш Р., Виана де Фрейтас Т. (2001). «Влияние состава мембраны и совместной инкапсуляции иммуностимуляторов в кротоксин, заключённый в липосомах» , Biotechnol. Прил. Биохим. , 33 , 61-64.
- ^ де Араужо Пеппер Л., МЧС де Алмейда, Бретонс М.Л. и др. «Кротоксин способствует перепрограммированию макрофагов в сторону антиангиогенного фенотипа» , Scientific Reports , 9 , 4281 (2019). doi: 10.1038/s41598-019-40903-0.
- ^ де Андраде CM, Рей FM, Cintra ACO, Sampaio SV, Torqueti MR (2019). «Влияние кротоксина, нейротоксина из змеиного яда Crotalus durissus terrificus, на эндотелиальные клетки человека» , Международный журнал биологических макромолекул , 134 (1), 613-621. doi:10.1016/j.ijbiomac.2019.05.019.
- ^ Перейти обратно: а б Баррос Рибейро Г де, Алмейда ХК де, Толедо Веларде Д (2012). «Кротоксин у человека: анализ воздействия на экстраокулярные и лицевые мышцы» , Arquivos Brasileiros de Oftalmologia, 75 (6). doi:10.1590/S0004-27492012000600002.
- ^ Международная заявка, опубликованная в соответствии с Договором о патентной кооперации (PCT). «Номер международной публикации: WO 2009/018643 A2» , опубликовано: 6 августа 2008 г.
- ^ Сартим М.А., Менальдо Д.Л., Сампайо С.В. (2018). «Иммунотерапевтический потенциал кротоксина: противовоспалительные и иммунодепрессивные свойства» , Журнал ядовитых животных и токсинов, включая тропические болезни , 24 (39). doi:10.1186/s40409-018-0178-3.
- ^ Национальный институт рака. «Клинические испытания с использованием кротоксина» , получено 16 марта 2020 г.