Дельта-атракотоксин
| Дельта-атракотоксин | |||
|---|---|---|---|
 3D-модель дельта-атракотоксина-Ar1 (робутоксина) | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Атракотоксин | ||
| Пфам | PF05353 | ||
| ИнтерПро | ИПР008017 | ||
| СКОП2 | 1qdp / SCOPe / СУПФАМ | ||
| Суперсемейство OPM | 112 | ||
| белок OPM | 1 видеопередатчик | ||
| |||
Дельта-атракотоксин ( δ-ACTX-Ar1 , робутоксин или робустотоксин ) представляет собой низкомолекулярный нейротоксичный полипептид , обнаруженный в яде сиднейского воронкового паука ( Atraxrobustus ).
Дельта-атракотоксин вызывает потенциально смертельные нейротоксические симптомы у приматов , замедляя инактивацию натриевых ионных каналов в вегетативных и двигательных нейронах . У насекомых, которые являются добычей пауков , токсин оказывает такое же действие на калия и каналы ионов кальция . [1]
Структура атракотоксина включает сердцевинную бета-область с цистинового узла мотивом , что характерно для других нейротоксичных полипептидов. [1] [2]
История
[ редактировать ]С 1927 года ведутся записи об отравлениях людей сиднейским воронкообразным пауком, а в медицинской литературе сообщалось о 14 смертельных случаях в период с 1927 по 1981 год, когда противоядие стало доступным. Во всех случаях, когда определялся пол паука, смерть наступала после укуса паука-самца. [3]
Структура
[ редактировать ]Дельта-атракотоксин представляет собой пептидный токсин из 42 остатков с химической формулой C 206 H 313 N 59 O 59 S 9 . [4] Аминокислотная последовательность дельта-атракотоксина необычна тем, что содержит три последовательных остатка цистеина в положениях 14–16. Аминокислотная последовательность дельта-атракотоксина:
- CAKKRNWCGK NEDCCPMKC IYAWYNQQGS CQTTITGLFK KC
Цистеиновые мостики существуют между Cys1 и Cys15, Cys8 и Cys20, Cys14 и Cys31, а также Cys16 и Cys42.
Структура состоит из небольшого трехцепочечного бета-листа, стабилизированного дисульфидным узлом, за которым следует С-концевой отросток, содержащий три классических или обратных y-поворота. Дисульфидный узел представляет собой кольцо, состоящее из двух дисульфидных связей (1-15 и 8-20) и соединительного остова, через который проходит третья дисульфидная связь (14-31). β-лист, определяемый на основе межлистных водородных связей , состоит из остатков 6–8 (цепь I), 19–21 (цепь II) и 29–32 (цепь III) с топологией +2x, —1. Две водородные связи (одна амидная из которых имеет медленно обменивающийся амидный протон) между цепями I и III искажены (расстояние от NH до CO составляет от 2,5 до 3,0 А). Между цепями II и III имеются четыре водородные связи (каждая из которых имеет соответствующие медленно обменивающиеся амидные протоны), три из которых присутствуют в большинстве структур и одна в половине структур.Структура содержит ряд разворотов цепочки. Первый не четко определен и представляет собой либо β-поворот типа II (Lys3-Asn6), либо y-поворот с центром на Arg5. Разворот цепи II — это любой ход с центром на Gly9. Реверс цепи III не четко определен и представляет собой либо β-поворот типа I (Asnn-Cys14), либо обратный y-поворот с центром на Asn11. Реверс цепи IV (Cys15-Met18) не стабилизирован водородной связью, но имеет цис-пептидную связь между Cys16 и Pro17 и напоминает поворот типа Via. Пятый реверс цепи происходит в районе остатков 22–28, соответствующих критериям i2-петли. С-концевое удлинение, стабилизированное дисульфидной связью Cys16-Cys42, состоит из трех y-витков, VI-VIII, которые представляют собой соответственно обратный поворот с центром в Thr33, классический поворот с центром в Ile35 и обратный поворот с центром в Ile35. на Фе39. Все три водородные связи Y-витка имеют медленно обменивающиеся амидные протоны (хотя для других витков это не так). Единственным медленно обменивающимся амидным протоном, не обусловленным консенсусными водородными связями ни в одном элементе вторичной структуры, является протон Gly37 (который связан водородными связями с Thr34 в одной из структур).Конформации дисульфидных связей Cys1-Cys15 и Cys8-Cys20 четко определены и имеют отрицательный и положительный Xss соответственно; две другие связи имеют параметры более низкого порядка. Гидрофобное ядро RBX ограничено и состоит по существу из остатков цистина дисульфидного узла и скрытого Met18. Петля 22-28 содержит один аполярный остаток, Ala23, и три ароматических соединения, Tyr22, Trp24 и Tyr25, и фланкирована Ile21 на своем конце. N-конце и Trp7 рядом с его C-концом, поэтому эта область представляет собой значительную неполярную поверхность молекулы. RBX имеет сильный положительный заряд и содержит один остаток Arg (положение 5 последовательности) и шесть остатков Lys (3, 4, 10, 19, 40 и 41), уравновешенные только Glu12 и Asp13. Эти заряженные остатки образуют на поверхности три пятна. Патч A состоит из положительно заряженных остатков 3,4 и 5, патч B из остатков 10, 12, 13 и N-конца (включая возможные солевые мостики между Lys10 и Glu12 и Asp13 и N-концом), а патч C 19, 40, 41 и С-конец. [2]
Механизм действия
[ редактировать ]Дельта-атракотоксин ответственен за потенциально смертельный синдром отравления, наблюдаемый после отравления воронкообразным пауком. d-атракотоксины вызывают спонтанные, повторяющиеся импульсы и продление потенциалов действия , что приводит к непрерывному высвобождению нейромедиатора ацетилхолина из соматических и вегетативных нервных окончаний. Это приведет к более медленной инактивации потенциалзависимых натриевых каналов и гиперполяризующему сдвигу в зависимости активации от напряжения. Это действие обусловлено потенциал-зависимым связыванием с участком 3 рецептора нейротоксина аналогично, но не идентично, как это происходит с альфа-токсинами скорпионов и токсинами морских анемонов.В токсинах актиний и скорпионов комбинации заряженных (особенно катионных) и гидрофобных боковых цепей важны для связывания с их рецепторным участком (сайт 3) натриевого канала. Поэтому неудивительно, что то же самое относится и к дельта-атракотоксину и версутоксину (близкому гомологу дельта-атракотоксина). Дельта-атракотоксин представляет собой три отдельных заряженных участка на своей поверхности, а также неполярную область с центром в петле 22-28. Обе эти структурные особенности могут играть роль в его связывании с потенциал-управляемым натриевым каналом, но необходимы дальнейшие исследования для определения того, какие остатки важны для взаимодействия с натриевым каналом, чтобы можно было построить правдоподобную модель его сайта связывания. [2]
Синтетический
[ редактировать ]Доступность синтетического токсина позволила ученым продолжить изучение биологической активности токсина, в результате чего было обнаружено, что d-ACTX-Ar1a вызывает повторяющееся срабатывание и продление потенциала действия. Эти действия лежат в основе клинических симптомов, наблюдаемых после отравления, и вносят дополнительный вклад в понимание молекулярной основы активности этого мощного нейротоксина на потенциалзависимых натриевых каналах.
В условиях фиксации напряжения в нейронах дорсальных корешков (DRG) было обнаружено, что эффекты синтетического токсина на натриевые токи существенно не отличались от эффектов, о которых ранее сообщалось для нативного токсина. Ни нативный, ни синтетический d-ACTX-Ar1a не оказал никакого влияния на резистентные к ТТХ натриевые токи, но оба они оказывали мощную селективную модуляцию ТТХ-чувствительных натриевых токов, согласующуюся с действием на сайт-3 рецептора нейротоксина. Это включает в себя замедление инактивации натриевых каналов, гиперполяризационный сдвиг в зависимости активации от напряжения и гиперполяризационный сдвиг в стационарной инактивации натриевых каналов.
d-ACTX-Ar1a вызывает увеличение продолжительности потенциала действия, сопровождающееся спонтанными повторяющимися импульсами, но не деполяризует мембранный потенциал покоя. Воздействие на вегетативную нервную систему, включая рвоту, обильное потоотделение, слюнотечение, слезотечение, выраженную гипертензию с последующей гипотензией, а также воздействие на соматическую нервную систему, вызывающее мышечные фасцикуляции и одышку (одышку), предположительно обусловлено чрезмерным высвобождением медиатора. Чтобы идентифицировать поверхность d-ACTX-Ar1a, связывающую натриевые каналы, ученым необходимо синтезировать аналоги с выбранными изменениями остатков. Исследования будут способствовать более детальному картированию сайта-3, сайта рецептора нейротоксина на натриевом канале, и предоставят данные о структуре и активности, имеющие решающее значение для определения филаспецифического действия этого и родственных атракотоксинов. [2] [5] [6]
Токсичность
[ редактировать ]Токсичность яда паука зависит от пола паука. Судя по определению минимальной смертельной дозы, яд самца воронкообразного паука в шесть раз мощнее, чем яд самки. Кроме того, разные виды животных по-разному реагируют на яд. Например, крысы, кролики и кошки не страдают от укуса самки воронкообразного паука, тогда как для 20 процентов мышей и морских свинок укус самки оказался смертельным. Однако укус самца воронкообразного паука привел к гибели почти всех мышей и морских свинок. Хотя яд самца паука кажется более сильным, укусы самца паука вызывают легкие временные последствия у собак и кошек. Большинство приматов, включая человека, чрезвычайно чувствительны к яду воронкообразного паука. [7]
Значения LD . 50 были определены на мышах: для яда самцов паука обнаружено 3,3 мг/кг массы тела мыши, а для яда самок паука - 50 мг/кг массы тела Установлено значение ЛД 50 чистого дельта-атракотоксина, выделенного из самца паука, 0,15 мг/кг массы тела. [8]
Признаки и симптомы
[ редактировать ]Укус сиднейского воронкового паука поначалу болезненный из-за больших клыков и кислого pH яда. При отсутствии немедленного лечения симптомы могут возникнуть уже через десять минут после укуса. [3] Может возникнуть артериальная гипертензия, которая часто сопровождается длительной гипотензией и недостаточностью кровообращения. Другие симптомы включают одышку скелетных мышц и, в конечном итоге, дыхательную недостаточность, генерализованную фасцикуляцию , слюнотечение , слезотечение , потливость, тошноту, рвоту, диарею , отек легких и боль.
Развитие отравления точно изучено на приматах, симптомы которых очень схожи с человеческими. В первые 25 минут после отравления возникают нарушения дыхания, которые постепенно усиливаются. Некоторым обезьянам требовалась искусственная вентиляция легких. Вначале артериальное давление снижалось, но затем быстро повышалось, после чего артериальное давление постепенно снижалось. Через 40–100 минут возникла тяжелая гипотония.Через 6–15 минут началось слезотечение, за которым последовало слюнотечение. Эти симптомы были наиболее выражены в течение 15–35 минут после отравления.Фасцикуляция скелетных мышц начиналась через 8–10 минут и достигала своего пика между 20 и 45 минутами. Это сопровождалось повышением температуры тела.
Отравление мужским ядом вызывало в основном те же симптомы, хотя появление симптомов было немного позже. Женский яд также вызывает те же симптомы, но гораздо менее серьезные. [9]
Противоядие
[ редактировать ]Противоядие было разработано командой под руководством Струана Сазерленда в Лаборатории сывороток Содружества в Мельбурне. С тех пор, как противоядие стало доступным в 1981 году, не было зарегистрировано ни одного случая смертельного исхода от укусов сиднейского воронкового паука . В сентябре 2012 года сообщалось, что запасы противоядия на исходе, и представителей общественности попросили поймать пауков, чтобы их можно было доить и получить яд. [10] Яд извлекают из пауков, осторожно поглаживая их клыки и собирая крошечные капли смертельного яда. Яд необходим для производства противоядия. На одну дозу противоядия требуется около 70 доек паука.
Противоядие воронкового паука готовят из плазмы кроликов, иммунизированных ядом самца воронкового паука ( Atraxrobustus ). Каждый флакон продукта содержит 125 единиц противоядия, стандартизированного для нейтрализации 1,25 мг яда воронкообразного паука. Продукт также содержит глицин и другие белки плазмы кролика.
Противоядие от яда воронкового паука представляет собой очищенный иммуноглобулин (в основном иммуноглобулин G), полученный из плазмы кролика, который содержит специфические антитела против токсичных веществ, содержащихся в яде воронкового паука Atraxrobustus . Имеются данные, показывающие, что противоядие эффективно при лечении пациентов, укушенных некоторыми другими воронковыми пауками рода Hadronyche (ранее Atrax ). [11]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Флетчер Дж.И., Чепмен Б.Е., Маккей Дж.П., Хауден М.Е., Кинг Г.Ф. (ноябрь 1997 г.). «Структура версутоксина (дельта-атракотоксин-Hv1) дает представление о связывании нейротоксинов сайта 3 с потенциалзависимым натриевым каналом» . Структура . 5 (11): 1525–35. дои : 10.1016/S0969-2126(97)00301-8 . ПМИД 9384567 .
- ^ Jump up to: а б с д Паллаги П.К., Алвуд Д., Алвуд П.Ф., Нортон Р.С. (декабрь 1997 г.). «Структура раствора робутоксина, смертельного нейротоксина воронкообразного паука Atraxrobustus». Письма ФЭБС . 419 (2–3): 191–6. дои : 10.1016/S0014-5793(97)01452-X . ПМИД 9428632 .
- ^ Jump up to: а б Николсон Г.М., Граудинс А. (сентябрь 2002 г.). «Пауки, имеющие медицинское значение в Азиатско-Тихоокеанском регионе: атракотоксин, латротоксин и родственные ему нейротоксины пауков». Клиническая и экспериментальная фармакология и физиология . 29 (9): 785–94. дои : 10.1046/j.1440-1681.2002.03741.x . ПМИД 12165044 .
- ^ ПабХим. «Робутоксин» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 26 марта 2020 г.
- ^ Николсон GM, Литтл MJ, Бириньи-Страчан LC (апрель 2004 г.). «Структура и функция дельта-атракотоксинов: летальные нейротоксины, нацеленные на потенциалзависимый натриевый канал». Токсикон . 43 (5): 587–99. дои : 10.1016/j.токсикон.2004.02.006 . hdl : 10453/4628 . ПМИД 15066415 .
- ^ Алвуд Д., Бириньи-Страчан Л.С., Паллаги П.К., Нортон Р.С., Николсон Г.М., Алвуд П.Ф. (ноябрь 2003 г.). «Синтез и характеристика дельта-атракотоксина-Ar1a, летального нейротоксина из яда сиднейского воронкообразного паука (Atrax Robustus)». Биохимия . 42 (44): 12933–40. дои : 10.1021/bi030091n . ПМИД 14596608 .
- ^ Гупта RC (2012). Основные и клинические принципы ветеринарной токсикологии (2-е изд.). Амстердам: Эльзевир. ISBN 978-0-12-385927-3 .
- ^ Шеймак Д.Д., Бальдо Б.А., Кэрролл П.Р., Хэмпсон Ф., Хауден М.Е., Скорулис А. (1984). «Сравнительное исследование свойств и токсичных компонентов ядов воронкового паука (Atrax)». Сравнительная биохимия и физиология. C. Сравнительная фармакология и токсикология . 78 (1): 55–68. дои : 10.1016/0742-8413(84)90048-3 . ПМИД 6146485 .
- ^ Майлекаран Э.Дж., Спенс И., Шеймак Д.Д., Клаассенс Р., Хауден М.Е. (1989). «Действие робутоксина, нейротоксичного полипептида из яда самца воронкового паука (Atraxrobustus), на анестезированных обезьян». Токсикон . 27 (4): 481–92. дои : 10.1016/0041-0101(89)90211-0 . ПМИД 2728033 .
- ^ «Общественность попросила поймать воронкообразного паука» . 9 Новости Австралии . Проверено 20 мая 2020 г.
- ^ «Противоядие от воронкообразного паука – Информация о продукте» (PDF) . КСЛ Лимитед. Архивировано из оригинала (PDF) 21 апреля 2013 года.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Патофизиология отравления - эффекты яда дельта-атракотоксинов из Medscape. справочника