Понератоксин
| Понератоксин | |
|---|---|
 | |
| Идентификаторы | |
| Символ | Понератоксин |
| СКОП2 | 1Г92 / ОБЛАСТЬ / СУПФАМ |
| Суперсемейство OPM | 151 |
| белок OPM | 1г92 |
Понератоксин — парализующий нейротоксический пептид, вырабатываемый муравьем-пулей Paraponera clavata . Он предотвращает инактивацию потенциалзависимых натриевых каналов и, следовательно, блокирует синаптическую передачу в центральной нервной системе . [1] В частности, понератоксин действует на потенциалзависимые натриевые каналы в волокнах скелетных мышц , вызывая паралич, и ноцицептивные волокна, вызывая боль. [2] Он оценивается как 4 плюс по индексу боли при укусе Шмидта , что является наивысшим возможным рейтингом в этой системе, и его воздействие может вызывать волны боли в течение до двенадцати часов после одного укуса. [3] Кроме того, его изучают на предмет его использования в биологических инсектицидах. [4]
Механизм действия
[ редактировать ]
В целом понератоксин нарушает нормальную функцию потенциалзависимых натриевых каналов как у позвоночных , так и у беспозвоночных . Он вызывает повторяющиеся импульсы и продление потенциалов действия , особенно в центральной нервной системе насекомых. [4] Увеличение передачи сигналов является причиной сильной боли от укусов муравьев-пулей . [5]
Понератоксин находится в неактивном состоянии при хранении в резервуаре с муравьиным ядом из-за кислой среды резервуара, но он становится токсичным при активации в результате многоэтапного процесса. Сочетание связывания понератоксина с клеточной мембраной (чтобы воздействовать на потенциалзависимый натриевый канал) и перехода от кислых условий в резервуаре муравьиного яда к основным условиям в месте-мишени приводит к тому, что понератоксин претерпевает конформационные изменения , которые активируют его. . [1]
Каттералл и др. выдвинули гипотезу, что некоторые полипептидные нейротоксины изменяют функцию потенциалзависимых каналов посредством механизма «ловушки датчика напряжения». Гипотеза утверждает, что нейротоксины, подобные понератоксину, такие как токсины альфа-скорпиона , действуют на натриевые каналы участком 3 каналов посредством связывания с рецепторным , что обычно влияет на способность каналов инактивироваться. Следовательно, нейротоксины рецепторного участка 3 часто влияют на натриевые каналы, замедляя или блокируя инактивацию. [2] [6] Обычно область канала, где находится сайт 3 рецептора нейротоксина, претерпевает конформационные изменения в результате движения наружу, что приводит к инактивации. Предполагается, что нейротоксины рецепторного участка 3 предотвращают это конформационное изменение посредством взаимодействия с кислыми и гидрофобными аминокислотными остатками в этом сайте. [6]
Когда волокна скелетных мышц лягушки подверглись воздействию понератоксина, было обнаружено, что понератоксин в первую очередь воздействовал на потенциал-зависимые натриевые каналы, уменьшая пиковый натриевый ток, а также вызывая медленный натриевый ток. Эта комбинация привела к тому, что натриевые каналы активировались при очень отрицательных потенциалах и очень медленно деактивировались - явление, обычно наблюдаемое в возбудимых тканях. [7] Понератоксин считается агонистом медленного гладких мышц действия . [8]
Структура
[ редактировать ]Пептид понератоксина хранится в неактивном пептиде из 25 остатков (аминокислотная последовательность FLPLLILGSLLMTPPVIQAIHDAQR) в резервуаре с ядом Paraponera clavata . Вторичная структура характеризуется мотивом спираль-виток-спираль : две альфа-спирали, соединенные бета-витком .
Две альфа-спирали образованы остатками 3–9 на N-конце и остатками 17–24 на С-конце и соединены бета-поворотом на остатках 11–16. С трехмерной точки зрения эта структура образует предпочтительную V-образную форму, в которой две спирали испытывают свободные нековалентные взаимодействия друг с другом. [1] Это примечательно из-за его структурного сходства с другими пептидами, которые взаимодействуют с мембраной, и указывает на то, что понератоксин также будет взаимодействовать с мембраной и тем самым влиять на встроенные потенциалзависимые натриевые каналы . [9] Кроме того, структура пептида смещается от случайного клубка к структурированной спираль-поворот-спираль при введении в среду липидного бислоя , что указывает на то, что этот мотив важен для взаимодействия с мембраной. [1]
Однако две альфа-спирали имеют заметно разные характеристики. N-концевая альфа-спираль неполярна, содержит центральное гидрофобное ядро с гидрофильными остатками на обоих концах и не заряжена. По структуре он подобен трансмембранному сигнальному пептиду , что означает, что он закрепляется на мембране, скрывая гидрофобное ядро внутри бислоя. [1] В частности, объемный и очень гидрофобный остаток фенилаланина важен для взаимодействия с незаряженными липидными бислоями, например, состоящими из фосфатидилхолина . С-концевая альфа-спираль является амфипатической: на одной стороне расположены полярные и заряженные остатки, а на другой - неполярные остатки, которые способствуют встраиванию в плазматическую мембрану. [10] В частности, было показано, что положительно заряженные остатки аргинина и неполярные остатки аланина необходимы для эффективности понератоксина. [2] См. рисунок, где гидрофобные (красные) и гидрофильные (синие) области понератоксина и липидного бислоя совпадают, демонстрируя, что структура развивается для внедрения в мембрану, что будет способствовать взаимодействию с потенциалзависимыми натриевыми каналами .
Токсикология
[ редактировать ]Многие люди считают, что укус муравья-пули напоминает ощущение от выстрела. Джастин Шмидт , энтомолог , разработавший индекс боли при укусе Шмидта , описал ее как «чистую, интенсивную, яркую боль… как будто вы идете по горящему углю с трехдюймовым гвоздем, воткнутым в пятку», и рассматривает укус пули. муравей оказался самым болезненным укусом насекомого, который он когда-либо испытывал. [11] Боль от укусов муравьев-пулей может длиться в течение многих часов, даже до 24 часов. И сильная боль, и продолжительность укуса обусловлены действием понератоксина. [5] Помимо пресловутой боли, симптомы укусов муравьев-пулей (а также укусов других муравьев рода Paraponera , а также рода Dinoponera ) включают лихорадку, холодный пот, тошноту, рвоту, лимфаденопатию и сердечные аритмии . [ нужна ссылка ]
Анализы токсичности показали, что LT 50 понератоксина, доставленного посредством инъекций генно-инженерных вирусов к личинкам S. frugiperda , наблюдался через 131 час после инъекции. Доза 10. 5 БОЕ понератоксина было достаточно, чтобы убить личинки S. frugiperda , а доза 10 нг могла их парализовать. [1] Основываясь на этих экспериментах, ученые полагают, что понератоксин может стать хорошим кандидатом в качестве биоинсектицида из -за его нейротоксичности по отношению к другим насекомым, что делает его способным обездвиживать или даже убивать инфицированных им насекомых. создание рекомбинантного вируса путем создания бакуловируса , экспрессирующего понератоксин. Было предложено [1]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Шолайска Е, Познански Дж, Фербер МЛ, Михалик Дж, Гоут Е, Фендер П, Байи И, Дублет Б, Хробочек Дж (июнь 2004 г.). «Понератоксин, нейротоксин из яда муравьев. Структура и экспрессия в клетках насекомых и создание биоинсектицида» . Европейский журнал биохимии . 271 (11): 2127–36. дои : 10.1111/j.1432-1033.2004.04128.x . ПМИД 15153103 .
- ^ Jump up to: а б с Джонсон С.Р., Рикли Х.Г., Шмидт Дж.О., Эванс М.С. (декабрь 2017 г.). «Повторное исследование понератоксина из яда муравья-пули Paraponera clavata». Пептиды . 98 : 51–62. doi : 10.1016/j.peptides.2016.05.012 . ПМИД 27266841 . S2CID 23620280 .
- ^ Коннифф Р. (10 августа 2009 г.). «О, Стинг, где твоя смерть?» . newyorktimes.com . Проверено 26 апреля 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Тушар А., Айли С.Р., Фокс Э.Г., Эскубас П., Оривел Дж., Николсон Г.М., Дежан А. (январь 2016 г.). «Арсенал биохимических токсинов муравьиных ядов» . Токсины . 8 (1): 30. doi : 10.3390/toxins8010030 . ПМЦ 4728552 . ПМИД 26805882 .
- ^ Jump up to: а б Салливан, Коди (16 июля 2015 г.). «Укус этого муравья настолько силен, что кажется, что в него стреляют — некоторые называют это самой сильной болью, известной человеку» . Бизнес-инсайдер .
- ^ Jump up to: а б Каттералл В.А., Сестель С., Яров-Яровой В., Ю. Ф.Х., Коноки К., Шойер Т. (февраль 2007 г.). «Ионные каналы, управляемые напряжением, и токсины-модификаторы стробирования» (PDF) . Токсикон . 49 (2): 124–41. дои : 10.1016/j.токсикон.2006.09.022 . ПМИД 17239913 . S2CID 5727158 .
- ^ Дюваль А., Малеко К.О., Пелате М., Пик Т. (март 1992 г.). «Понератоксин, новый токсин из яда муравьев, обнаруживает взаимное преобразование между двумя режимами закрытия натриевых каналов в волокнах скелетных мышц лягушки». Архив Пфлюгерса . 420 (3–4): 239–47. дои : 10.1007/BF00374453 . ПМИД 1317947 . S2CID 166850 .
- ^ Пик Т., Дюваль А., Хюэ Б., Карст Х., Лапьед Б., Мантель П., Накадзима Т., Пелате М., Шмидт Дж. О. (1991). «Понератоксин, новый пептидный нейротоксин из яда муравья Paraponera clavata». Сравнительная биохимия и физиология. C. Сравнительная фармакология и токсикология . 99 (3): 487–95. дои : 10.1016/0742-8413(91)90276-у . ПМИД 1685425 .
- ^ Ван Джи, Воробей Дж. Т., Кашли Р. Дж. (ноябрь 1997 г.). «Структурный мотив спираль-шарнир-спираль в аполипопротеине AI человека, определенный методом ЯМР-спектроскопии». Биохимия . 36 (44): 13657–66. дои : 10.1021/bi971151q . ПМИД 9354635 .
- ^ Дрин Г., Антоний Б. (май 2010 г.). «Амфипатические спирали и кривизна мембраны» . Письма ФЭБС . 584 (9): 1840–7. дои : 10.1016/j.febslet.2009.10.022 . ПМИД 19837069 .
- ^ Лория К. (23 августа 2016 г.). «Человек, которого ужалили более 1000 раз, обнаружил единственное насекомое, которого действительно следует избегать» . Бизнес-инсайдер .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Антиноцицептивный эффект понератоксина (ПоТХ) у крыс. Пестициди, 2008, (1-2), 135-141. ISSN 0208-8703
- Герритсен В.Б. (сентябрь 2001 г.). «Жало принцессы Балы» . Прожектор по белкам (14). ISSN 1424-4721 .