Латротоксин - Latrotoxin

А латротоксин это высокиймолекулярная масса нейротоксин найден в яде пауки рода Latrodectus (пауки-вдовы). Латротоксины являются основными активными компонентами яда и ответственны за симптомы латродектизм.

Описаны следующие латротоксины: пять инсектицидный токсины, называемые α, β, γ, δ и ε-латроинсектотоксины, специфичные для позвоночных нейротоксин, альфа-латротоксин и один токсин, влияющий на ракообразные, α-латрокрустатоксин.[1]

α-Латротоксин

Наиболее изученным латротоксином является альфа-латротоксин, который действует пресинаптически, высвобождая нейротрансмиттеры (включая ацетилхолин ) от сенсорных и моторных нейронов, а также от эндокринных клеток (для высвобождения инсулин, Например).[2] Это ~ 130 кДа белок который существует в основном в димеризованных или тетрамеризованных формах.

α-Латротоксин (α-LTX) естественным образом встречается у пауков-вдов из рода Latrodectus. Наиболее известные из этих пауков - черные вдовы, Latrodectus mactans.[3] Яд пауков-вдов (Latrodectus) содержит несколько белковых токсинов, называемых латротоксинами, которые избирательно нацелены против позвоночные, насекомые или же ракообразные. Один из этих токсинов - альфа-латротоксин, избирательно нацелен на позвоночных; неэффективен у насекомых и ракообразных. α-LTX имеет высокое сродство к рецепторам, специфичным для нейрональных и эндокринных клеток позвоночных.[4]

Биосинтез

По мере того как последовательность ДНК α-LTX транскрибируется и транслируется, образуется неактивная молекула-предшественник α-LTX (156,9 кДа). Эта молекула-предшественник подвергается посттрансляционному процессингу, при котором в конечном итоге образуется активный белок α-LTX (131,5 кДа).[5]

N-концу молекулы-предшественника α-LTX предшествуют короткие гидрофильные последовательности, заканчивающиеся кластером основных аминокислот. Эти кластеры распознаются протеолитическими ферментами (фуриноподобными протеазы ), которые расщепляют и активируют молекулы-предшественники α-LTX посредством гидролиза. С-конец также распознается этими фурин-подобными протеазами и также расщепляется.[5]

Молекулы предшественника α-LTX синтезируются свободным рибосомы в цитозоль и поэтому являются цитозольными в секреторной эпителиальный клетки ядовитых желез.,[5][6] Однако они могут связываться с секреторными гранулами, хотя они не захватываются просветом гранул. Цитозольная молекула-предшественник α-LTX высвобождается из клетки посредством голокринный секрет, который попадает в ядовитую железу паука. Эта железа содержит несколько протеаз, участвующих в расщеплении молекулы-предшественника α-LTX.[7]

Третичную структуру белка α-LTX можно разделить на три части: N-концевое крыло (36 кДа),[6] корпус (76 кДа),[6] и С-концевую головку (18,5 кДа).[6] Из-за С-концевых анкириновых повторов, которые опосредуют белок-белковые взаимодействия, мономер α-LTX образует димер с другим мономером α-LTX при нормальных условиях.[7] Образование тетрамера активирует токсичность.[6]

Токсикокинетика

α-LTX влияет на двигательные нервные окончания и эндокринные клетки. Никакая основная ферментативная активность не связана.[6] Вместо этого токсин может образовывать поры в липидных мембранах и индуцировать Ca2+ Эффект от интоксикации может наступить с задержкой 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.[6][8]

Стимуляция малых торцевая пластина потенциалы действия первоначально индуцируются нейротоксином, а позже нейротрансмиссия блокируется в нервно-мышечном соединении. Это связано с истощением содержимого синаптических везикул.[9]

Токсикодинамика

α-LTX в своей тетрамерной форме взаимодействует с рецепторами (нейрексины и латрофилины ) на нейрональной мембране, что вызывает внедрение α-LTX в мембрану.

Как только тетрамер внедряется в клеточную мембрану, могут возникать два механизма действия. Во-первых, вставка может привести к образованию пор и, возможно, другим эффектам, а во-вторых, рецептор может активироваться, что приводит к внутриклеточной передаче сигналов.[7] Четыре головки тетрамера образуют чашу, окружающую пору, которая в одной точке ограничена 10 Å.[6] Миллимолярные концентрации Са2+ и Mg2+ сильно катализируют образование тетрамера, предполагая, что тетраметрическое состояние зависит от двухвалентного катиона, в то время как ЭДТА способствует образованию димера. Исследования также показывают, что концентрации La3+ более 100 мкМ также блокируют тетрамеризацию.[6] Образование пор может происходить в чистых липидных мембранах, но восстановленные рецепторы значительно увеличивают порообразование. Биологические мембраны блокируют порообразование при отсутствии рецепторов α-LTX (нейрексин, латрофилин, PTPσ).[6] Также известно, что три высококонсервативных остатка цистеина участвуют в связывании рецептора α-LTX, поскольку мутанты, содержащие серин вместо остатков цистеина, не вызывают токсичности.[6] N-концевой домен должен правильно складываться, в котором 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-LTX.[6]

Формирование пор

Поры, образованные α-LTX в мембране, проницаемы для Ca2+ и поэтому допускают приток Са2+ в камеру. Этот приток в возбудимую клетку напрямую и эффективно стимулирует экзоцитоз. Приток катионов пропорционален количеству пор и, следовательно, количеству вовлеченных рецепторов, экспрессируемых на клеточной мембране. Также Ca2+ сильно облегчает формирование тетрамеры и поэтому его порообразование. Пора также проницаема для нейромедиаторов, что вызывает массовую утечку пула нейротрансмиттеров в цитозоль.[7]

Наряду с притоком Са2+, канал не очень избирательный, что позволяет Na+, К+, Ba2+, Sr2+, Mg2+, Ли+ и Cs+ пройти мембрану тоже. Пора открыта большую часть времени с вероятностью открытия 0,8. Большинство трехвалентных катионов блокируют каналы при 50-100 мкМ, такие как Yb.3+, Б-г3+, Y3+, Ла3+ и Al3+.[6]

Пора проницаема не только для катионов, но и для воды. Это вызывает отек нервных окончаний. Дальнейшие нарушения мембранного потенциала происходят из-за проницаемости небольших молекул, таких как нейротрансмиттеры и АТФ, для прохождения через поры α-LTX.

Проникновение через мембрану

Хотя образование тетрамерных пор α-латротоксина было окончательно показано[нужна цитата ], 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, чтобы напрямую взаимодействовать с внутриклеточным механизмом высвобождения нейротрансмиттеров.[нужна цитата ]

Рецепторы

Предлагается следующий механизм опосредованного рецепторами эффекта. Описаны три рецептора для α-латротоксина:

Токсин стимулирует рецептор, скорее всего, латрофилин, который представляет собой рецептор, связанный с G-белком, связанный с Gαq / 11. Последующим эффектором Gαq / 11 является фосфолипаза C (PLC). При активации PLC увеличивается цитозольная концентрация IP3, что, в свою очередь, вызывает высвобождение Ca2+ из внутриклеточных магазинов. Повышение цитозольного Ca2+ может увеличить вероятность высвобождения и скорость спонтанного экзоцитоза.[7] Латрофилин с α-LTX может индуцировать активацию протеинкиназы C (PKC). PKC отвечает за фосфорилирование белков SNARE. Таким образом, латрофилин с α-LTX вызывает эффект экзоцитоза транспортных везикул. Необходимо открыть точный механизм.[10]

Сигнализация

Помимо основных эффектов образования пор α-латротоксина, другие эффекты α-латротоксина опосредуются взаимодействием с латрофилином и внутриклеточной передачей сигналов (см. преобразование сигнала ).[нужна цитата ]

Взаимосвязь структурной деятельности (SAR)

Димер α-LTX природного происхождения должен образовывать тетрамер, чтобы быть токсичным. Тетрамеризация происходит только в присутствии двухвалентных катионов (таких как Ca2+ или Mg2+) или амфипатические молекулы. Четыре мономера, образующие этот тетрамер, симметрично расположены вокруг центральной оси, напоминая четырехлопастной пропеллер диаметром 250 Å и толщиной 100 Å. Домены головы образуют компактную центральную массу, объединенную и окруженную доменами тела. Крылья стоят перпендикулярно оси тетрамера. Благодаря этой форме тетрамер содержит в центральной массе канал грушевидной формы. На нижнем конце диаметр этого канала составляет 25 Å, затем расширяется до 36 Å, сужаясь до 10 Å наверху.[6][7]

Основание тетрамера (под крыльями) имеет глубину 45 Å и является гидрофобным, что способствует внедрению в клеточную мембрану. Кроме того, введение тетрамера возможно только в присутствии определенных рецепторов (в основном нейрексина Iα и латрофилина и в меньшей степени PTPσ) на мембране. Нейрексин Iα опосредует вставку только в присутствии Ca2+, тогда как латрофилин и PTPσ могут опосредовать вставку без присутствия Ca2+.[7] Таким образом, благодаря каналу и встраиванию в клеточную мембрану белок делает клетку более проницаемой для веществ, которые могут проходить через канал. Эти вещества представляют собой одно- и двухвалентные катионы, нейротрансмиттеры, флуоресцентные красители и АТФ.[7]

Токсичность

LD50 α-LTX у мышей составляет 20-40 мкг / кг веса тела.[7]

LD50 из Latrodectus яд в мг / кг для различных видов: лягушка = 145, дрозд = 5,9, канарейка = 4,7, таракан = 2,7, цыпленок = 2,1, мышь = 0,9, комнатная муха = 0,6, голубь = 0,4, морская свинка = 0,1.[11]

Научный вклад

αLTX помог подтвердить гипотезу везикулярного транспорта высвобождения медиатора, установить потребность в Ca2+ для везикулярного экзоцитоза и характеризует отдельные участки высвобождения медиатора в центральной нервной системе. Это помогло идентифицировать два семейства важных рецепторов нейронной клеточной поверхности.[7]

Мутантная форма αLTX, которая называется αLTXN4C и не образует пор, внесла свой вклад в исследования. Это помогло в расшифровке механизма внутриклеточной передачи сигналов, стимулируемого αLTX. Мутантный токсин также может быть использован для изучения природы и свойств внутриклеточного Ca2+ магазины, участвующие в пути трансдукции токсиновых рецепторов, и их влияние на вызванные постсинаптические потенциалы. Мутантный токсин также может быть инструментом для выяснения эндогенных функций αLTX.[7]

Другие компоненты яда

Естественной добычей пауков-вдов являются насекомые, и в их яде содержится несколько инсектотоксинов. Латроинсектотоксины имеют похожую структуру.[12]

Белки с высоким молекулярным весом, выделенные из Средиземноморская черная вдова (L. tredecimguttatus) включают специфичные для насекомых нейротоксины α-латроинсектотоксин и δ-латроинсектотоксин, нейротоксин, влияющий на ракообразных, известный как латрокрустатоксин, и мелкий пептиды которые препятствуют фермент, превращающий ангиотензин-1.[1]

Помимо латротоксинов с высоким молекулярным весом, описанных выше, Latrodectus яд также содержит белки с низким молекулярным весом[13] функция которого еще полностью не исследована, но может участвовать в облегчении введения латротоксинов в мембрану.[14]

Рекомендации

  1. ^ 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. PMID  9792186.
  2. ^ Зюдхоф TC (2001). «Альфа-латротоксин и его рецепторы: нейрексины и CIRL / латрофилины». Анну. Преподобный Neurosci. 24: 933–62. Дои:10.1146 / annurev.neuro.24.1.933. PMID  11520923.
  3. ^ Зюдхоф, TC (2001). «Альфа-латротоксин и его рецепторы: нейрексины и CIRL / латрофилины». Ежегодный обзор нейробиологии. 24: 933–62. Дои:10.1146 / annurev.neuro.24.1.933. PMID  11520923.
  4. ^ Ушкарев Ю.А. Волынский, К.Е .; Эштон, AC (апрель 2004 г.). «Множественные действия токсинов паука черной вдовы и их избирательное использование в исследованиях нейросекреции». Токсикон. 43 (5): 527–42. Дои:10.1016 / j.toxicon.2004.02.008. PMID  15066411.
  5. ^ а б c Ушкарев Ю.А. Волынский, К.Е .; Эштон, AC (апрель 2004 г.). «Множественные действия токсинов паука черной вдовы и их избирательное использование в исследованиях нейросекреции». Токсикон. 43 (5): 527–42. Дои:10.1016 / j.toxicon.2004.02.008. PMID  15066411.
  6. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п Ушкарев Ю.А. Роху, А; Сугита, S (2008). альфа-латротоксин и его рецепторы. Справочник по экспериментальной фармакологии. 184. С. 171–206. Дои:10.1007/978-3-540-74805-2_7. ISBN  978-3-540-74804-5. ЧВК  2519134. PMID  18064415.
  7. ^ а б c d е ж грамм час я j k Ушкарев Ю.А. Волынский, К.Е .; Эштон, AC (апрель 2004 г.). «Множественные действия токсинов паука черной вдовы и их избирательное использование в исследованиях нейросекреции». Токсикон. 43 (5): 527–42. Дои:10.1016 / j.toxicon.2004.02.008. PMID  15066411.
  8. ^ Хенкель, AW; Sankaranarayanan, S (май 1999 г.). «Механизмы действия альфа-латротоксина». Исследования клеток и тканей. 296 (2): 229–33. Дои:10.1007 / s004410051284. PMID  10382267.
  9. ^ Петерсон, Мэн (ноябрь 2006 г.). "Яд паука черной вдовы". Клинические методы в практике мелких животных. 21 (4): 187–90. Дои:10.1053 / j.ctsap.2006.10.003. PMID  17265903.
  10. ^ Hiramatsu, H; Тадокоро, S; Наканиши, М; Хирасима, Северная Каролина (декабрь 2010 г.). «Латротоксин-индуцированный экзоцитоз в тучных клетках, трансфицированных латрофилином». Токсикон. 56 (8): 1372–80. Дои:10.1016 / j.toxicon.2010.08.002. PMID  20708026.
  11. ^ Елинек, Джорджия (ноябрь 1997 г.). «Отравление вдовым пауком (латродектизм): всемирная проблема». Дикая природа и экологическая медицина. 8 (4): 226–31. Дои:10.1580 / 1080-6032 (1997) 008 [0226: WSELAW] 2.3.CO; 2. PMID  11990169.
  12. ^ Рохоу А., Нильд Дж, Ушкарев Ю.А. (март 2007 г.). «Инсектицидные токсины из яда паука черной вдовы». Токсикон. 49 (4): 531–49. Дои:10.1016 / j.toxicon.2006.11.021. ЧВК  2517654. PMID  17210168.
  13. ^ Гаспарини С., Кияткин Н., Древет П. и др. (Август 1994 г.). «Белок с низким молекулярным весом, который очищается совместно с альфа-латротоксином, структурно связан с гипергликемическими гормонами ракообразных». J. Biol. Chem. 269 (31): 19803–9. PMID  8051061.
  14. ^ Граудинс, Андис; Литтл, Мишель Дж .; Pineda, Sandy S .; Hains, Peter G .; Кинг, Гленн Ф .; Броуди, Кевин В .; Николсон, Грэм М. (1 января 2012 г.). «Клонирование и активность нового α-латротоксина из яда красного паука». Биохимическая фармакология. 83 (1): 170–183. Дои:10.1016 / j.bcp.2011.09.024. HDL:10453/18571. PMID  22001442.