α-Кобратоксин — вещество яда некоторых кобр Naja . Это антагонист никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (nAChR) , который вызывает паралич, предотвращая связывание ацетилхолина с nAChR.
α-Кобратоксин — нейротоксин из яда некоторых видов Naja , включая таиландскую кобру, индокитайскую плюющуюся кобру ( Naja siamensis ) и китайскую кобру ( Naja atra ). Кобры, которые вырабатывают токсин, обитают в тропических и субтропических регионах Африки и Азии. Яд, вырабатываемый этими змеями, представляет собой смесь белков, углеводов и других веществ. Яд используется только тогда, когда он необходим змее для выживания, поскольку его выработка требует больших усилий. Если отравление субъекта не является необходимым, она может укусить, не выделяя яд. Когда змея его использует, она в основном пытается обездвижить или убить свою добычу. [ требуется цитата ]
α-Кобратоксин образует три петли типа шпильки со своей полипептидной цепью. Две второстепенные петли — это петля I (аминокислоты 1–17) и петля III (аминокислоты 43–57). Петля II (аминокислоты 18–42) является основной. После этих петель у α-кобратоксина есть хвост (аминокислоты 58–71). Петли связаны вместе четырьмя дисульфидными связями (Cys3-Cys20, Cys14-Cys41, Cys45-Cys56 и Cys57-Cys62). Петля II содержит еще один дисульфидный мостик на нижнем конце (Cys26-Cys30).
Стабилизация основной петли происходит посредством образования β-слоя. Структура β-слоя простирается до аминокислот 53-57 петли III. Здесь она образует трехцепочечный антипараллельный β-слоь. Этот β-слоь имеет общую правую закрутку6. Этот β-слоь состоит из восьми водородных связей. Сложенный кончик удерживается стабильным за счет двух α-спиральных и двух β-поворотных водородных связей.
Первая петля стабилизирована за счет одного β-поворота и двух водородных связей β-слоя. Петля III остается нетронутой за счет β-поворота и гидрофобных взаимодействий.
Хвост структуры α-кобратоксина присоединен к остальной части структуры дисульфидным мостиком Cys57-Cys62. Он также стабилизирован прочно связанной водородом боковой цепью Asn63.
В заключение следует сказать, что все удерживается вместе дисульфидными связями, а петли поддерживаются стабильными благодаря β-поворотам и β-слоям. [1]
α-Кобратоксин может встречаться как в мономерной форме, так и в димерной форме, связанной дисульфидом. Димеры α-Кобратоксина могут быть как гомодимерными, так и гетеродимерными с цитотоксином 1, цитотоксином 2 и цитотоксином 3. Как гомодимер он все еще способен связываться с мышечным типом и α7 nAChRs, но с более низким сродством, чем в его мономерной форме. Кроме того, гомодимер приобретает способность блокировать α-3/β-2 nAChRs. [2]
Последовательность α-кобратоксина: IRCFITPDITSKDCPNGHVCYTKTWCDAFCSIRGKRVDLGCAATCPTVKTGVDIQCCSTDNCNPFPTRKRP
Яд содержит различные аминокислоты, которые способны реактивно связываться с ацетилхолиновыми рецепторами. Эти рецепторы могут связывать различные лиганды, такие как ацетилхолин, никотин и кобратоксин. Лизин, K в позиции 23 селективно связывается с Torpedo AChR (ацетилхолиновый рецептор). Аминокислоты, которые связываются как с нейрональными, так и с Torpedo AChR, — это триптофан в позиции 25, аспарагиновая кислота в позиции 27, фенилаланин в позиции 29, аргинин в 33 и 36 и фенилаланин в позиции 65. Аминокислоты, ответственные за связывание с альфа-7 AChR, — это цистеин в 26 и 30, аланин в 28 и лизин в позициях 35 и 49. [3]
α-Кобратоксин связывается антагонистически и медленно обратимо с мышечными и нейрональными nAChRs. Эта связь блокирует способность рецептора связывать ацетилхолин и тем самым ингибирует поток ионов через постсинаптическую мембрану, что приводит к параличу. [4] [5]
nAChR могут получить свою открытую конформацию с помощью скручивающего движения, как показано на рисунке X. Но это открытие будет длиться только до 3 мс, что слишком мало для инициирования потока ионов. Когда ацетилхолин связывается с рецептором, он остается в открытой конформации в течение более длительного периода, которого достаточно, чтобы вызвать поток ионов. Когда был образован комплекс с белком, подобным рецептору α7 (комплекс AChBP) и 5 α-кобратоксинами, он больше не может скручиваться. [4]
Кобратоксин связывается с лиганд-связывающим карманом между субъединицами α/γ или α/δ nAChR. [6] Он вызывает постсинаптическую блокаду в nAChR NMJ, предотвращая связывание ацетилхолина с его рецептором. Длинные нейротоксины, такие как кобратоксин, также блокируют нейрональные α7 nAChR, [7] но неясно, насколько эффективно длинный нейротоксин может достигать центральной нервной системы (ЦНС).
Признаками укуса кобры, в данном случае Naja atra (китайской кобры), являются потемнение раны от укуса, боль и отек вокруг нее. Некроз является очень серьезным результатом укуса змеи и может продолжать причинять вред жертве в течение многих лет после нападения. [8] Конечно, китайская кобра — это только одна из змей, которая вырабатывает кобратоксин, но другие змеи вызывают похожие признаки.
Кобратоксин таиландской кобры относится к нейротоксинам. Важным свойством нейротоксинов является то, что они обычно не способны преодолевать гематоэнцефалический барьер. Вместо этого они блокируют нервную передачу в организме. α-Кобратоксин является постсинаптическим нейротоксином, который обратимо блокирует никотиновые ацетилхолиновые рецепторы. Таким образом, укус таиландской кобры приводит к мышечному параличу. Из-за этого паралича могут развиться проблемы с дыханием, которые могут привести к смерти. Момент, когда нейротоксин начинает воздействовать на организм, может варьироваться от нескольких минут до нескольких часов после укуса. Сначала яд вызовет слабость вследствие блокирования нервной передачи. Первыми реальными симптомами паралича будут пальпебральный птоз (опущение век) и внешняя офтальмоплегия , которая также является нарушением движения глаз. Причина этого в том, что глазные мышцы более восприимчивы, по сравнению с другими мышцами, к блокировке нервной передачи. Следующими пораженными мышцами являются мышцы лица и шеи, а затем дыхательные мышцы и конечности еще через несколько часов. К тому времени у жертвы возникают проблемы с дыханием, и она не переживет этого в течение очень долгого времени. [9]
Яд Naja Kaouthia является членом семейства змеиных трехпалых токсинов в подсемействе альфа-нейротоксинов типа II. Летальная доза (LD50) α-кобратоксина составляет 0,1 мг/кг при внутривенной инъекции мышам15. Токсин встречается в виде мономера, но может образовывать гомодимер или гетеродимеры с цитотоксинами 1, 2 и 3 посредством дисульфидной связи. Мономерная форма может связываться с высоким сродством с мышечными, Torpedo и нейрональными альфа-7 никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами (nAChR). Как упоминалось ранее, связываясь с nAChR, он предотвращает связывание ацетилхолина с рецептором, что вызывает паралич. [9]
За последние несколько лет появились новые разработки по созданию антитоксина или вакцины от укусов ядовитых змей.
В 2005 году была разработана генетическая вакцина против кобратоксина, которая кодирует нетоксичный вариант кобратоксина. Для разработки этого нетоксичного компонента были внесены некоторые изменения в кДНК для кобратоксина. Два остатка, критически важных для связывания с никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами, были заменены (Asp27 на Arg и Arg33 на Gly). Этот созданный белок имеет ту же 3D-структуру, что и исходный токсин, но также приводит к защитному иммунитету. Эта синтезированная вакцина может защитить жертву от опасного змеиного яда. Из-за этих многообещающих результатов необходимо рассмотреть создание глобальной программы здравоохранения, которая может спасти людей, подвергающихся риску укуса змеи. [10]
Установлено, что редиоциды A и G являются возможным антитоксином для α-кобратоксина. Эти редиоциды связываются с тем же никотиновым ацетилхолиновым рецептором, что и змеиный яд. Поскольку ряд участков связывания занят редиоцидами, α-кобратоксин больше не может связываться с рецептором. В ходе исследования было обнаружено, что редиоциды могут продлевать время выживания мышей, инфицированных кобратоксином. Когда редиоцид вводится (0,5 мг/кг) сразу после отравления, время выживания не продлевается. Когда он вводится за тридцать минут до отравления, время выживания продлевается. Редиоциды способны связываться с никотиновым ацетилхолиновым рецептором. Когда кобратоксин уже связался, это связывание намного сильнее, и редиоциды не могут с ним конкурировать. [11]
Хотя кобратоксин является относительно токсичным и опасным ядом, он также имеет и полезную сторону. Это природный и биологический яд, и его компоненты, безусловно, имеют потенциальную терапевтическую ценность, которая полезна для биомедицины. [12]
В 2011 году исследование показало, что кобратоксин может подавлять ноцицепцию, ощущение боли. В ходе этого исследования у крыс была вызвана воспалительная боль с помощью формалина. Результаты показали, что кобратоксин проявил дозозависимый обезболивающий эффект на эту боль, вызванную формалином. По-видимому, когда активируются рецепторы nAChr в центральной нервной системе, это вызывает антиноцицептивные эффекты. [13]
Рассеянный склероз, сокращенно РС, является аутоиммунным заболеванием центральной нервной системы (ЦНС). Иммунная система атакует ЦНС, что приводит к демиелинизации. Миелин образует слой, миелиновую оболочку, вокруг аксонов и нейронов. Когда эта оболочка повреждена, транспорт потенциалов действия больше не будет работать эффективно. Причина этого заболевания до сих пор неизвестна, но есть вероятность, что болезнь вызвана или усугублена вирусной инфекцией. Похоже, что яды кобры, такие как кобратоксин, обладают «противовирусной, иммуномодулирующей и нейромодулирующей активностью». Эти свойства делают его подходящим кандидатом для исследования на субъектах с РС и способствуют процессу заболевания. [ необходима цитата ]
В 2009 году многообещающие результаты показали, что ацетилхолиновый рецептор играет важную роль в развитии рака легких. Никотин стимулирует рост опухоли в наших легких. [14] Связываясь с этим рецептором, он активирует некоторые пути, которые блокируют апоптоз. Как следствие, происходит нерегулируемая пролиферация клеток. Эту пролиферацию клеток, вызванную никотином, можно было бы заблокировать с помощью кобратоксина. Кобратоксин блокирует ацетилхолиновый рецептор из-за высокого сродства. [15] К сожалению, в 2011 году эта теория была опровергнута, и оригинальная статья была отозвана за фальсификацию результатов. [15] У мышей, леченных кобратоксином, не наблюдалось значительного снижения роста опухоли. Вывод этих результатов, в отличие от более ранних результатов, состоял в том, что ингибиторы ацетилхолинового рецептора не подавляли рост опухолей легких и не продлевали жизнь мышей. [16]
Медиа, связанные с кобратоксином на Wikimedia Commons