Филантотоксин - Philanthotoxin

PhTX-433
Philanthotoxin.png
Имена
Название ИЮПАК
N-[(2S) -1- [4- [3- (3-аминопропиламино) пропиламино] бутиламино] -3- (4-гидроксифенил) -1-оксопропан-2-ил] бутанамид
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭМБЛ
ChemSpider
Характеристики
C23ЧАС41N5О3
Молярная масса435,603 г / моль
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Филантотоксины являются компонентами яда египетского одиночного Оса Philanthus triangulum, широко известный как Европейский волк. Филантотоксины - это полиамин токсины, группа токсинов, выделенных из яда ос и пауков, которые немедленно, но обратимо парализовать их добыча ..[1] дельта-филантотоксин, также известный как PhTX-433, является наиболее активным филантотоксином, который может быть очищен из яда.[2] PhTX-433 функционирует путем неизбирательного блокирования ионных каналов возбуждающих нейротрансмиттеров,[3] включая никотиновые рецепторы ацетилхолина (нАХР) и ионотропные рецепторы глутамата (iGluRs).[4] Синтетические аналоги, включая PhTX-343 и PhTX-12, были разработаны для повышения селективности.[3] В то время как IC50 значения филантотоксинов варьируются между аналогами и составом субъединиц рецептора, IC50 значение PhTX-433 на рецепторе iGluR AMPA, естественно экспрессируемое в саранча мышцы ноги 18 мкМ и IC50 значение для нАХР крысы составляет 1 мкМ.[5][6]

Биологический контекст

Самка европейского волка с парализованной добычей, предназначенной для потомства

Самка гнездования Philanthus triangulum осы используют яд, содержащий филантотоксин, чтобы парализовать добычу (обычно рабочие медоносные пчелы Apis mellifera хотя другие виды могут быть собраны), ужаливая прямо за передними ногами через суставные оболочки. Затем самка несет парализованную добычу в нору своего гнезда, чтобы накормить ее выводок.[7] Способность содержащихся в яде филантотоксинов парализовать скелетные мышцы насекомых за счет блокирования ионных каналов рецептора глутамата позволяет этому процессу происходить.[8] Личинки осы полагаются на парализованных пчел как на источник пищи, когда они появляются. Парализованная пчелиная добыча может храниться в течение некоторого времени в норе, и мать-оса регулярно дает ей пищу, чтобы избежать порчи из-за грибкового или бактериального заражения. У других видов хищных ос, которые парализуют, вместо того, чтобы немедленно убить добычу, которую они дают потомству, порча значительно замедляется из-за химического процесса паралича. Однако анализ кормления пчелами пчелиного волка показал, что одного паралича было недостаточно для предотвращения порчи, и что дополнительные методы сохранения были связаны с лечением самкой осы.[9]

Механизм действия

Филантотоксины обратимо ингибируют AMPA (также называемый «рецептор quisqualate»), каинат, и NMDA ионотропные рецепторы глутамата (iGluRs) ..[4] Филантотоксины имеют гидрофобную ароматическую головную группу и гидрофильный полиаминовый хвост, что позволяет им ингибировать iGluR за счет связывания внутри ионного канала.[10] Атомы азота полиамин Предполагается, что tail взаимодействует с отрицательно заряженными или полярными аминокислотами внутри поры катион-селективного канала. Ароматическая головная группа прикрепляет молекулу к внеклеточному входу в канал.[11] Ингибирование может также происходить через привязку к внешнему аллостерический сайт связывания полиамина.[6] Субъединичный состав iGluR сильно влияет на эффективность филантотоксинов. Например, рецепторы AMPA, в которых отсутствует субъединица GluA2, очень чувствительны к PhTX-433, тогда как рецепторы, содержащие субъединицу GluA2, преимущественно нечувствительны.[4] Изучение точных взаимодействий, которые происходят между молекулами филантотоксина и ионными каналами, связанными с рецепторами глутамата, показало, что молекулы могут связываться с самой узкой областью канала, тем самым блокируя поток ионов, и что мембранный потенциал важен для взаимодействия токсин-рецептор , что делает PhTX сильно зависимыми от напряжения антагонистами iGluR.[12] PhTX-433 ингибирует nAChR как у позвоночных, так и у насекомых преимущественно за счет неконкурентно блокирование ионного канала в его открытой конформации.[13][14] Блокирование или ингибирование рецепторов, связанных с возбуждающими ионными каналами, приводит к параличу скелетных мышц жертвы осы.[1]

Изомеры филантотоксина, полученные при идентификации структуры биологического филантотоксина. PhTX-433 оказался идентичным биологически активной форме токсина, выделенного из яда осы.
Филантотоксины имеют четыре отдельных участка, которые можно редактировать для получения огромного количества синтетических аналогов с различной эффективностью и субъединичной селективностью. 4-3-3 описывает количество метиленов, разделяющих атомы азота в хвостовой (термосперминной) области.

Выделение и синтез

PhTX-433 был структурно выяснен и синтезирован в 1988 году Эльдефрави и его коллегами. Для выделения и структурной идентификации PhTX-433 ядовитые железы самок осы были фракционированы с использованием обращенно-фазовая ВЭЖХ и фракции были протестированы на фармакологическую активность. Наиболее фармакологически активный образец повторно фракционировали с использованием того же метода. УФ спектр и ЧАС1ЯМР Анализ показал, что структура состояла из бутирл /тирозил /полиамин последовательность. Три изомера, PhTX-433, PhTX-343 и PhTX-334 (см. Изображение в правом верхнем углу этого раздела), были определены как возможные структуры-кандидаты, и все три были синтезированы. PhTX-433 оказался идентичным натуральному продукту, выделенному при фракционировании, с точки зрения ЧАС1ЯМР, Масс-спектрометрия, ВЭЖХ, и биологическая активность. Таким образом, PhTX-433 был обозначен как структура наиболее биологически активного филантотоксина природного происхождения.[15] Поскольку PhTX-433 не обладает сильной селективностью к подтипу рецептора, было синтезировано множество аналогов в качестве кандидатов для потенциального фармакологического использования.[10] Филантотоксины имеют четыре различных участка, которые можно модифицировать (см. Изображение в правом нижнем углу этого раздела); количество атомов азота в полиаминовой цепи является наиболее частым различием между синтетическими аналогами.[10] Наиболее часто синтезируемым и исследуемым аналогом является PhTX-343, который имеет свойства, аналогичные PhTX-433.[10] Примечательно, что филантоксин и его синтетические аналоги меньше, чем аналогичные полиаминовые токсины. шар-паук яды и аргиотоксины, и их легче синтезировать.[15]

Исторический контекст

Яды из перепончатокрылые виды использовались в китайской, корейской, древнегреческой и египетской традиционной медицине с 1000-3000 до н.э. для лечения различных заболеваний, включая различные неврологические расстройства.[12] Отчасти ценимые за свою фармакологическую ценность, пчелы и осы широко представлены в искусстве и мифологии Древнего Египта, изображаясь в иероглифах, амулетах и ​​фигурках.[16]

Современное использование

Исследование ионотропного глутамата (iGlu; AMPA ) и рецепторов nACh с использованием филантотоксинов в качестве инструментов продолжается с 1980-х годов.[12] Аналоги с IC50 значения в низком наномолярном и пикомолярном диапазоне были идентифицированы и изучены.[10] В сочетании с возможностью точной селективности подтипа рецепторов синтетические филантотоксины можно использовать в качестве высокоэффективных и селективных ингибиторов для nAChR и iGluR. Глутамат главный возбуждающий нейротрансмиттер в головном мозге млекопитающих и участвует в посредничестве неврологические расстройства и нейродегенеративные заболевания.[15] Существует значительный интерес к терапевтической разработке антагонистов iGluR в качестве противосудорожных средств, миорелаксантов и агентов для защиты от ишемического повреждения мозга и, возможно, нейродегенерации.[15] Поэтому изучение филантотоксинов было в основном сосредоточено на их мощном антагонистическом действии на iGlu рецепторы в нервной системе беспозвоночных и позвоночных, поскольку аномальная активация этих рецепторов связана с Болезнь Альцгеймера, Инсульт, эпилепсия, невропатическая боль, болезнь Паркинсона, и шизофрения.[12] Блокируя открытые каналы ионотропных рецепторов, филантотоксины могут сдерживать чрезмерное открытие, связанное с патологическими неврологическими состояниями, и предотвращать потенциально опасный приток кальция (Ca2+ ), в результате чего нейрозащита. Примечательно, что это схожий механизм действия с препаратом Альцгеймера. Мемантин, получивший хорошие клинические результаты при симптоматическом лечении болезни Альджимера.[12] Кроме того, поскольку nAChR являются основными возбуждающими нейротрансмиттерными ионными каналами у насекомых, филантотоксины могут быть разработаны как инсектициды.[11][10] Низкая специфичность встречающегося в природе PhTX-433 была основным препятствием при разработке инсектицидов PhTX-433.[15]

Рекомендации

  1. ^ а б Стрёмгаард К., Йенсен Л.С., Фогенсен С.Б. (март 2005 г.). «Полиаминовые токсины: разработка селективных лигандов ионотропных рецепторов». Токсикон. 45 (3): 249–54. Дои:10.1016 / j.toxicon.2004.11.013. PMID  15683862.
  2. ^ Пик Т. (1982). «дельта-филантотоксин, полуобратимый блокатор ионных каналов». Сравнительная биохимия и физиология. C. 72 (2): 311–5. Дои:10.1016/0306-4492(82)90098-3. PMID  6128152.
  3. ^ а б Качел Х.С., Франзик Х., Стрёмгаард К., Тихонов Д.Б., Меллор И.Р. (январь 2014 г.). «Субъединичное ингибирование нейронных никотиновых рецепторов ацетилхолина филантотоксинами». Биофизический журнал. 106 (2): 338a. Bibcode:2014BpJ ... 106..338K. Дои:10.1016 / j.bpj.2013.11.1935.
  4. ^ а б c Качел Х.С., Патель Р.Н., Франзик Х., Меллор И.Р. (ноябрь 2016 г.). «Блокирование никотиновых ацетилхолиновых рецепторов филантотоксинами сильно зависит от их субъединичного состава». Научные отчеты. 6: 38116. Bibcode:2016НатСР ... 638116K. Дои:10.1038 / srep38116. ЧВК  5128878. PMID  27901080.
  5. ^ Брюс М., Буковник Р., Эльдефрави А.Т., Эльдефрави М.Э., Гуднау Р., Каллимопулос Т. и др. (1990). «Взаимосвязь структура-активность аналогов токсина осы филантотоксина: неконкурентные антагонисты квисквалатных рецепторов». Токсикон. 28 (11): 1333–46. Дои:10.1016 / 0041-0101 (90) 90098-р. PMID  1965063.
  6. ^ а б Анис Н., Шерби С., Гуднау Р., Нива М., Конно К., Каллимопулос Т. и др. (Сентябрь 1990 г.). «Соотношение структура-активность аналогов филантотоксина и полиаминов на рецепторах N-метил-D-аспартата и никотинового ацетилхолина». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии. 254 (3): 764–73. PMID  2168484.
  7. ^ "Philanthus triangulum (Fabricius, 1775) | BWARS". www.bwars.com. Получено 2020-04-24.
  8. ^ Эльдефрави М.Э., Анис Н.А., Эльдефрави А.Т. (1993). «Ингибиторы глутаматных рецепторов как потенциальные инсектициды». Архивы биохимии и физиологии насекомых. 22 (1–2): 25–39. Дои:10.1002 / arch.940220105. PMID  8431599.
  9. ^ Strohm E, Linsenmair KE (2001). «Самки европейского волка защищают добычу пчел от конкурирующих грибов». Экологическая энтомология. 26 (2): 198–203. Дои:10.1046 / j.1365-2311.2001.00300.x.
  10. ^ а б c d е ж Kachel HS. На ингибирование никотиновых ацетилхолиновых рецепторов млекопитающих аналогами филантотоксина сильно влияет состав субъединиц (Кандидатская диссертация). Ноттингемский университет.
  11. ^ а б Kachel HS, Buckingham SD, Sattelle DB (декабрь 2018 г.). «Токсины насекомых - селективные фармакологические средства и препараты / химические вещества». Текущее мнение в науке о насекомых. Неврология * Микро- и нанотехнологии, вдохновленные биологией насекомых. 30: 93–98. Дои:10.1016 / j.cois.2018.10.001. PMID  30553492.
  12. ^ а б c d е Сильва Дж., Монж-Фуэнтес В., Гомеш Ф., Лопес К., дос Аньос Л., Кампос Г. и др. (Август 2015 г.). «Фармакологические альтернативы лечения нейродегенеративных заболеваний: яды ос и пчел и их компоненты как новые нейроактивные средства». Токсины. 7 (8): 3179–209. Дои:10.3390 / токсины7083179. ЧВК  4549745. PMID  26295258.
  13. ^ Джаяраман V, Usherwood PN, Hess GP (август 1999). «Ингибирование никотинового рецептора ацетилхолина филантотоксином-343: кинетические исследования в микросекундном временном диапазоне с использованием метода фотолиза лазерным импульсом». Биохимия. 38 (35): 11406–14. Дои:10.1021 / bi991219x. PMID  10471291.
  14. ^ Rozental R, Scoble GT, Albuquerque EX, Idriss M, Sherby S, Sattelle DB и др. (Апрель 1989 г.). «Аллостерическое ингибирование никотиновых ацетилхолиновых рецепторов позвоночных и насекомых филантотоксином». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии. 249 (1): 123–30. PMID  2468760.
  15. ^ а б c d е Эльдефрави А.Т., Эльдефрави М.Э., Конно К., Мансур Н.А., Наканиши К., Олц Э., Ашервуд П.Н. (июль 1988 г.). «Структура и синтез мощного антагониста рецепторов глутамата в яде осы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 85 (13): 4910–3. Bibcode:1988PNAS ... 85.4910E. Дои:10.1073 / pnas.85.13.4910. ЧВК  280547. PMID  2838850.
  16. ^ Лоббан Р. (2013). «Комментарий: пчелы в Египте» (PDF). ribeekeeper.org.