Нодуларин
Имена | |
---|---|
Другие имена
Цикло[(2S , 3S , 4E , 6E , 8S , 9S ) -3-амино-9-метокси-2,6,8-триметил-10-фенил-4,6-декадиеноил-D- γ-глутамил-( 2Z )-2-(метиламино)-2-бутеноил-(3S ) -3-метил- D -β-аспартил- L -аргинил]
| |
Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
КЭБ | |
ХЭМБЛ | |
ХимическийПаук | |
Номер ЕС |
|
КЕГГ | |
ПабХим CID
|
|
НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
Характеристики | |
С 41 Ч 60 Н 8 О 10 | |
Молярная масса | 824.977 g·mol −1 |
Опасности | |
СГС Маркировка : | |
Опасность | |
Х300 , Х310 , Х315 , Х317 , Х319 , Х330 , Х335 | |
P260 , P261 , P262 , P264 , P270 , P271 , P272 , P280 , P284 , P301+P310 , P302+P350 , P302+P352 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P310 , 2 , П320 , П321 , П322 , P330 , P332+P313 , P333+P313 , P337+P313 , P361 , P362 , P363 , P403+P233 , P405 , P501 | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
|
Нодулярины — сильнодействующие токсины, вырабатываемые цианобактерией Nodularia spumigena . [ 1 ] среди других. [ 2 ] Эта водная фотосинтезирующая цианобактерия образует видимые колонии, которые появляются в виде цветения водорослей в солоноватых водоемах по всему миру. [ 3 ] Цветение Nodularia spumigena в конце лета является одним из крупнейших массовых явлений цианобактерий в мире. Цианобактерии состоят из многих токсичных веществ, особенно из микроцистинов и нодуляринов: их нелегко дифференцировать. Между ними существует значительная гомология структуры и функции, и микроцистины изучены более подробно. Из-за этого факты от микроцистинов часто распространяют на нодулярины. [ 4 ]
Нодуларин-R является преобладающим вариантом токсина, хотя на сегодняшний день обнаружено 10 вариантов нодулярина. Нодулярины представляют собой циклические нерибосомальные пентапептиды и содержат несколько необычных непротеиногенных аминокислот, таких как N-метилдидегидроаминомасляная кислота и β-аминокислота ADDA . Эти соединения являются относительно стабильными: свет, температура и микроволны мало влияют на их разрушение. [ 5 ]
Нодулярины часто связывают с гастроэнтеритами, реакциями аллергического раздражения и заболеваниями печени. [ 6 ] Нодуларин-Р наиболее известен как мощный гепатотоксин, который может вызвать серьезное повреждение печени человека и других животных. Предельная концентрация нодуляринов в питьевой воде, разработанная ВОЗ, составляет 1,5 мкг/л. [ 7 ]
Физико-химические свойства
[ редактировать ]Нодуларин-Р имеет молекулярную формулу C 41 H 60 N 8 O 10 и среднюю молекулярную массу 824,963 г/моль. Соединение имеет 8 определенных стереоцентров. [ 8 ] Это твердое вещество. В метаноле нодуларин растворим в концентрации 2 мг/мл. [ 9 ] Он медленно разлагается при температуре выше 104F, pH менее 1 и pH выше 9. [ 10 ] Нодулярины обычно устойчивы к разрушению в результате гидролиза и окисления в водных условиях. [ 11 ] Опасными продуктами разложения нодуляринов являются окись углерода и диоксид углерода. [ 12 ]
Базовой основой структуры нодулярина является D-Masp. 1 - С 2 -Адда 3 -D-γ-Глю 4 - Мдхб 5 , где Z – вариабельная аминокислота; систематическое название «нодуларин- Z » (сокращенно NOD- Z ) присваивается на основе однобуквенного кода (если имеется; в противном случае более длинный код) аминокислоты. Для обычного NOD-R Z аминокислота представляет собой аргинин . [ 13 ]
Механизм действия
[ редактировать ]Метаболизм
[ редактировать ]Нодуларин в первую очередь поражает печень, хотя нодулярины также накапливаются в крови, кишечнике и почках. [ 14 ] В печени такое воздействие приводит к повреждению цитоскелета, некрозу и быстрому образованию пузырей гепатоцитов . Гибель клеток и быстрое образование волдырей также разрушают более мелкие кровеносные сосуды печени. Повреждение приводит к скоплению крови в печени, что может привести к увеличению массы печени на 100%. От этого геморрагического шока наступает смерть при отравлении нодулярином. Это быстрое действие и происходит в течение нескольких часов после приема высокой дозы. [ 15 ]
На молекулярном уровне и более подробно нодуларин подвергается сложной обработке, вызывающей токсические эффекты. Во время пищеварения нодулярины диффундируют из тонкого кишечника в печень за счет активного поглощения неспецифическим переносчиком органических анионов в системе транспорта переносчиков желчных кислот. Этот транспортер экспрессируется в желудочно-кишечном тракте, почках, мозге и печени. [ 16 ] Попадая в печень, нодуларин ингибирует три ключевых фермента, в частности, каталитические единицы серин/треониновых протеинфосфатаз: протеинфосфатазу 1 (PP-1) и протеинфосфатазу 2А . (PP-2A) и протеинфосфатаза 3 (PP-3). [ 17 ] Эти ферменты действуют, удаляя фосфат из белка, ингибируя функцию белка.
Источником токсичности является первоначальное нековалентное взаимодействие с участием боковой цепи ADDA (в частности, там, где ADDA имеет двойную связь 6E) нодулярина и свободной D-глутамилкарбоксильной группы циклической структуры фосфатазы. Группа ADDA блокирует активность фермента (фосфатазы), взаимодействуя с гидрофобной бороздкой и препятствуя доступу субстрата к щели активного центра. Взаимодействия связей токсин-фосфатаза (нодуларин-PP-1, нодуларин-PP-2A) чрезвычайно сильны. Это приводит к угнетению активности фермента. Следует отметить, что нодулярины здесь отличаются от микроцистинов: нодулярины нековалентно связываются с протеинфосфатазами, тогда как микроцистины связываются ковалентно. [ 18 ]
Дальнейшее взаимодействие включает ковалентную связь присоединения Михаэля электрофильного α, β ненасыщенного карбонила остатка метилдегидроаланина на нодулярине с тиолом цистеина 273 на PP-1. [ 19 ] Хотя ковалентная связь на этапе 2 не является необходимой для ингибирования активности фермента, она помогает опосредовать активность. Без этой ковалентной связи сродство нодулярина к фосфатазе снижается более чем в 10 раз. [ 20 ] Ингибирование протеинфосфатаз приводит к усилению фосфорилирования цитоскелетных белков и цитоскелет-ассоциированных белков. Гиперфосфорилирование промежуточных филаментов клетки, в частности цитокератина 8 и цитокератина 18 , является основной причиной белкового дисбаланса. Белковый дисбаланс стимулирует перераспределение и перегруппировку этих белков, что изменяет морфологию всей клетки и целостность мембраны. Более конкретно, это перераспределение приводит к коллапсу актиновых микрофиламентов в цитоскелете гепатоцитов и дислокации α-актинина и талина . Контакт с соседними клетками уменьшается, а синусоидальные капилляры теряют стабильность, что быстро приводит к внутрипеченочному кровоизлиянию и часто приводит к серьезным нарушениям функции печени или смерти. [ 21 ]
Реактивные окислительные виды
[ редактировать ]Нодулярины также участвуют в образовании реактивных окислительных форм (АФК), в частности супероксидных и гидроксильных радикалов, которые, следовательно, вызывают окислительное повреждение ДНК посредством перекисного окисления липидов, белков и ДНК по неизвестному механизму. [ 22 ]
Активность, способствующая развитию опухоли
[ редактировать ]Нодулярины привлекли большое внимание как канцерогенную угрозу, поскольку бактерии обладают активностью, инициирующей и способствующей развитию опухолей. Их опухолевая активность намного сильнее, чем у микроцистинов; Считается, что это связано с меньшей кольцевой структурой нодуляринов, что позволяет им легче проникать в гепатоциты. Эта активность, способствующая развитию опухолей, достигается за счет индуцированной экспрессии генов TNF-альфа и протоонкогенов , хотя точный механизм неизвестен. Кроме того, продукты гена-супрессора опухоли ретинобластомы и р53 инактивируются посредством фосфорилирования (описанного выше). Если супрессор опухоли инактивирован, вероятен рост опухоли.
С точки зрения общественного здравоохранения и эпидемиологии существует корреляция первичного рака печени в районах Китая с нодулярами и микроцистинами в воде прудов, канав, рек и мелких колодцев. [ 23 ]
Эксперименты на крысах, в которых животные подвергались несмертельным дозам нодулярина, предоставили доказательства его канцерогенности за счет опухолевой и опухолевой активности. Это достигается за счет ингибирования РР-1 и РР-2А. Нодулярины участвуют в экспрессии онкогенов и генов-супрессоров опухолей, экспрессии генов фактора некроза опухоли-альфа , c-jun , jun-B, jun-D, c-fos , fos-B и fra-1 . Для лучшего понимания канцерогенности нодуляринов необходимы дополнительные данные. [ 24 ]
Медицинские аспекты
[ редактировать ]Симптомы
[ редактировать ]Симптомы воздействия включают волдыри вокруг рта, боль в горле, головную боль, боль в животе, тошноту и рвоту, диарею, сухой кашель и пневмонию. [ 25 ] Если с течением времени потребляются несмертельные дозы, повреждение печени может проявляться как хронические симптомы заболевания печени. Эти симптомы включают желтуху, легкое кровотечение, вздутие живота, психическую дезориентацию или спутанность сознания, сонливость или кому.
Нодулярины обычно поражают водную флору и фауну, например, рыбу и растения. Однако в некоторых случаях нодулярины приводили к гибели собак, овец и людей (Доусон и др.). Отравление нодулярином не очень распространено среди людей: зарегистрировано и подтверждено очень мало случаев отравления нодулярином.
Контакт
[ редактировать ]Нодулярины могут вызывать симптомы при проглатывании, вдыхании и чрескожном контакте. Способы воздействия включают аспирацию бактерий, воздействие на кожу, проглатывание и/или вдыхание при занятиях спортом, профессиональной рыбалке или при домашнем использовании, например, при принятии душа. [ 26 ] Обычные процессы очистки воды не полностью удаляют нодулярины и микроцистины из сырой воды. [ 27 ] Нодулярины также могут попадать в организм через загрязненную питьевую воду или морепродукты. В частности, нодулярины были обнаружены в относительно высоких концентрациях у балтийских моллюсков, голубых мидий, камбалы, трески и трехиглой колюшки и в относительно более низких концентрациях у сельди и лосося. [ 28 ] Кроме того, зарегистрировано попадание нодуляринов в организм человека через загрязненную воду во время диализа почек. [ 29 ] Дующий ветер может разносить вещества из цветков цианобактерий на расстояние до 10 км, увеличивая зону потенциального воздействия.
Токсикология
[ редактировать ]В настоящее время под концентрацией токсинов обычно понимают массу нодуляринов внутри клеток и растворенных в определенном объеме воды. Предварительная норма безопасности нодуляринов составляет 1 микрограмм/л. Летальная доза (ЛД) пероральной токсичности оценивается по микроцистинам и составляет 5 мг/кг. Токсичность нодуляринов, исходя из LD и ингаляционной токсичности, сравнима с токсичностью химических фосфорорганических агентов нервно-паралитического действия. [ 30 ]
Уход
[ редактировать ]Поскольку отравление нодулярином встречается редко и окончательно отличить отравление от нодулярина по-прежнему сложно, стандартного метода лечения не существует. Кроме того, поскольку нодулярины и микроцистины вызывают быстрое и необратимое повреждение печени, терапия практически не имеет смысла. Хроническое воздействие низких концентраций одинаково вредно для печени. [ 31 ] Чтобы избежать воздействия, следует принять серьезные меры предосторожности. [ 32 ]
Исследования показали, что лечение мелатонином во время и после него (доза: 15 мг/кг массы тела) может оказывать защитное действие против окислительного стресса и повреждений, вызванных нодуляринами. [ 33 ]
Безопасность
[ редактировать ]В группу риска по отравлению нодулярином входят люди, животные и растения, живущие в радиусе 10 км от побережья и озер. Кроме того, люди в возрасте 50 лет и старше подвергаются повышенному риску.
Для снижения риска можно применять руководящие принципы безопасности, особенно в отношении стандартов чистоты питьевой воды. Доказана эффективность микроорганизмов в биоразложении и удалении нодуляринов, что может быть полезно для борьбы с цветением цианобактерий в системах общественного водоснабжения. Защитная одежда и физическое избегание мест видимого цветения цианобактерий помогают уменьшить случайное воздействие.
Синтез
[ редактировать ]Синтез нодуляринов в настоящее время недостаточно изучен. Биосинтез нодуляринов нерибосомальный. Синтез осуществляется мультиферментными комплексами, включающими пептидсинтетазы, полипептидсинтазы и адаптирующие ферменты. Кластер генов N. spumigena секвенирован, и его функциональность выведена на основе знаний о родственных генах биосинтеза микроцистина. [ 34 ]
Нодулярины также могут продуцироваться другими цианобактериями. Некоторые штаммы Nostoc, живущие в симбиозе с растениями, продуцируют нодуларин; другие штаммы продуцируют микроцистин. Спорили, какой класс соединений был исходным гепатотоксином: недавние авторы утверждают, что нодуларин произошел от механизма синтеза микроцистина, [ 2 ] [ 35 ] хотя некоторые старые статьи подтверждают обратное. [ 36 ]
Нодуларин, обнаруженный в морской губке Theonella swinhoei , нодуларин-V в системной номенклатуре, более известен как мотупорин . Неясно, как губка производит это химическое вещество, предполагается, что оно могло произойти от цианобактериального симбиоанта. [ 37 ]
История
[ редактировать ]Первый задокументированный случай отравления нодулярином произошел у животного (овцы) в Австралии в 1878 году. Химическая структура нодулярина-R была установлена в 1988 году. В Каруару, Бразилия, в 1996 году диализные растворы из местного водоема были загрязнены сине-зелеными водорослями. . Пациенты, получавшие гемодиализ, подверглись воздействию этих растворов, у 100 из 131 развилась острая печеночная недостаточность и 52 из 131 пациента умерли от развития токсического гепатита. [ 38 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сивонен К., Кононен К., Кармайкл В.В., Далем А.М., Райнхарт К.Л., Кивиранта Дж., Ниемела С.И. (1989). «Распространение гепатотоксичной цианобактерии Nodularia spumigena в Балтийском море и структура токсина» . Прил. Окружающая среда. Микробиол . 55 (8): 1990–5. Бибкод : 1989ApEnM..55.1990S . дои : 10.1128/aem.55.8.1990-1995.1989 . ПМК 202992 . ПМИД 2506812 .
- ^ Jump up to: а б Герингер, Мишель М; Адлер, Льюис; Робертс, Александра А; Моффитт, Мишель С; Михали, Троко К; Миллс, Тоби Дж.Т.; Фикер, Клаус; Нилан, Бретт А. (октябрь 2012 г.). «Нодуларин, цианобактериальный токсин, синтезируется в растениях симбиотиком Nostoc sp» . Журнал ISME . 6 (10): 1834–1847. дои : 10.1038/ismej.2012.25 . ПМЦ 3446798 . ПМИД 22456448 .
- ^ , Даньцзюнь (21 октября 2013 г.). Clinica Chimica Acta 425 : 18–29. : 10.1016 /j.cca.2013.07.005 . . Чен, Юн; Фанг doi
- ^ , Даньцзюнь (21 октября 2013 г.). Clinica Chimica Acta 425 : 18–29. : 10.1016 /j.cca.2013.07.005 . . Чен, Юн; Фанг doi
- ^ , Даньцзюнь (21 октября 2013 г.). Clinica Chimica Acta 425 : 18–29. : 10.1016 /j.cca.2013.07.005 . . Чен, Юн; Фанг doi
- ^ Доусон, РМ (1998). «Токсикология микроцистинов». Токсикон . 36 (7): 953–962. дои : 10.1016/S0041-0101(97)00102-5 . ПМИД 9690788 .
- ^ «Нодуларин» . Вещества биологического интереса, бактериальный токсин, природный токсин . Самодекодирование . Проверено 30 апреля 2017 г. .
- ^ «Нодуларин» . Химический Паук . Королевское химическое общество.
- ^ «Нодуларин» . Сигма-Олдрич . Сигма-Олдрич . Проверено 30 апреля 2017 г.
- ^ «Нодуларин» . Вещества биологического интереса, бактериальный токсин, природный токсин . Самодекодирование . Проверено 30 апреля 2017 г. .
- ^ «Нодуларин» . Вещества биологического интереса, бактериальный токсин, природный токсин . Самодекодирование . Проверено 30 апреля 2017 г. .
- ^ «Нодуларин» . Открытая химическая база данных PubChem . Национальный институт здоровья.
- ^ Кангур, К; Мерилуото, Дж; Обман, Л; Таннер, Р. (2005). «Гепатотоксичные цианобактериальные пептиды в пресноводных водоемах Эстонии и прибрежных морских водах» . Известия Эстонской академии наук. Биология. Экология . 54 (1): 40. doi : 10.3176/biol.ecol.2005.1.03 . S2CID 240466873 .
- ^ , Даньцзюнь (21 октября 2013 г.). Clinica Chimica Acta 425 : 18–29. : 10.1016 /j.cca.2013.07.005 . . Чен, Юн; Фанг doi
- ^ Доусон, РМ (1998). «Токсикология микроцистинов». Токсикон . 36 (7): 953–962. дои : 10.1016/S0041-0101(97)00102-5 . ПМИД 9690788 .
- ^ Зегура, Бояна; Штрасер, Алья; Филипич, Метка (январь – апрель 2011 г.). «Генотоксичность и потенциальная канцерогенность цианобактериальных токсинов - обзор». Обзоры в исследованиях мутаций . 727 (1–2): 16–41. дои : 10.1016/j.mrrev.2011.01.002 . ПМИД 21277993 .
- ^ Охта, Т; Суеока, Э; Иида, Н; Комори, А; Суганума, М; Нишиваки, Р.; Татемацу, М; Ким, С.Дж.; Кармайкл, WW; Фуджики, Х (1994). «Нодуларин, мощный ингибитор протеинфосфатаз 1 и 2А, является новым канцерогеном окружающей среды в печени самцов крыс F344» . Исследования рака . 54 (24): 6402–6. ПМИД 7527297 .
- ^ , Даньцзюнь (21 октября 2013 г.). Clinica Chimica Acta 425 : 18–29. : 10.1016 /j.cca.2013.07.005 . . Чен, Юн; Фанг doi
- ^ , Даньцзюнь (21 октября 2013 г.). Clinica Chimica Acta 425 : 18–29. : 10.1016 /j.cca.2013.07.005 . . Чен, Юн; Фанг doi
- ^ Доусон, РМ (1998). «Токсикология микроцистинов». Токсикон . 36 (7): 953–962. дои : 10.1016/S0041-0101(97)00102-5 . ПМИД 9690788 .
- ^ , Даньцзюнь (21 октября 2013 г.). Clinica Chimica Acta 425 : 18–29. : 10.1016 /j.cca.2013.07.005 . . Чен, Юн; Фанг doi
- ^ , Даньцзюнь (21 октября 2013 г.). Clinica Chimica Acta 425 : 18–29. : 10.1016 /j.cca.2013.07.005 . . Чен, Юн; Фанг doi
- ^ Доусон, РМ (1998). «Токсикология микроцистинов». Токсикон . 36 (7): 953–962. дои : 10.1016/S0041-0101(97)00102-5 . ПМИД 9690788 .
- ^ Зегура, Бояна; Штрасер, Алья; Филипич, Метка (январь – апрель 2011 г.). «Генотоксичность и потенциальная канцерогенность цианобактериальных токсинов - обзор». Обзоры в исследованиях мутаций . 727 (1–2): 16–41. дои : 10.1016/j.mrrev.2011.01.002 . ПМИД 21277993 .
- ^ «Как люди подвергаются воздействию цианобактерий и цианотоксинов?» . Данные о политике в области питательных веществ – последствия для здоровья и экологии . EPA.gov. 19 июня 2014 г.
- ^ , Даньцзюнь (21 октября 2013 г.). Clinica Chimica Acta 425 : 18–29. : 10.1016 /j.cca.2013.07.005 . . Чен, Юн; Фанг doi
- ^ Доусон, РМ (1998). «Токсикология микроцистинов». Токсикон . 36 (7): 953–962. дои : 10.1016/S0041-0101(97)00102-5 . ПМИД 9690788 .
- ^ , Даньцзюнь (21 октября 2013 г.). Clinica Chimica Acta 425 : 18–29. : 10.1016 /j.cca.2013.07.005 . . Чен, Юн; Фанг doi
- ^ Доусон, РМ (1998). «Токсикология микроцистинов». Токсикон . 36 (7): 953–962. дои : 10.1016/S0041-0101(97)00102-5 . ПМИД 9690788 .
- ^ Доусон, РМ (1998). «Токсикология микроцистинов». Токсикон . 36 (7): 953–962. дои : 10.1016/S0041-0101(97)00102-5 . ПМИД 9690788 .
- ^ Зегура, Бояна; Штрасер, Алья; Филипич, Метка (январь – апрель 2011 г.). «Генотоксичность и потенциальная канцерогенность цианобактериальных токсинов - обзор». Обзоры в исследованиях мутаций . 727 (1–2): 16–41. дои : 10.1016/j.mrrev.2011.01.002 . ПМИД 21277993 .
- ^ Доусон, РМ (1998). «Токсикология микроцистинов». Токсикон . 36 (7): 953–962. дои : 10.1016/S0041-0101(97)00102-5 . ПМИД 9690788 .
- ^ Ланкофф, А. (2002). «Защитный эффект мелатонина против окислительного стресса, вызванного нодулярином». Архив токсикологии . 76 (3): 158–165. дои : 10.1007/s00204-001-0310-x . ПМИД 11967621 . S2CID 29383232 .
- ^ Зегура, Бояна; Штрасер, Алья; Филипич, Метка (январь – апрель 2011 г.). «Генотоксичность и потенциальная канцерогенность цианобактериальных токсинов - обзор». Обзоры в исследованиях мутаций . 727 (1–2): 16–41. дои : 10.1016/j.mrrev.2011.01.002 . ПМИД 21277993 .
- ^ Рантала, Энн; Меньше, Дэвид П.; Хисбергес, Майкл; Роухиайнен, Лео; Вайтомаа, Яана; Бёрнер, Томас; Сивонен, Каарина (13 января 2004 г.). «Филогенетические доказательства ранней эволюции синтеза микроцистина» . Труды Национальной академии наук . 101 (2): 568–573. Бибкод : 2004PNAS..101..568R . дои : 10.1073/pnas.0304489101 . ПМК 327188 . ПМИД 14701903 .
- ^ Кристиансен, Г; Фастнер, Дж; Эрхард, М; Бёрнер, Т; Диттманн, Э. (январь 2003 г.). «Биосинтез микроцистина у планктотрикса: гены, эволюция и манипуляции» . Журнал бактериологии . 185 (2): 564–72. дои : 10.1128/JB.185.2.564-572.2003 . ПМЦ 145317 . ПМИД 12511503 .
- ^ Вегерски, Кристофер Дж.; Хаммонд, Джошуа; Тенни, Карен; Матинахо, Театулохи; Крюс, Филипп (1 января 2007 г.). «Случайное открытие изомотупоринсодержащих популяций губок Theonella swinhoei» . Журнал натуральных продуктов . 70 (1): 89–94. дои : 10.1021/np060464w . ПМК 4028065 . ПМИД 17253855 .
- ^ Доусон, РМ (1998). «Токсикология микроцистинов». Токсикон . 36 (7): 953–962. дои : 10.1016/S0041-0101(97)00102-5 . ПМИД 9690788 .