stringtranslate.com

Аматоксин

Аматоксин — это собирательное название подгруппы из по меньшей мере девяти родственных циклических пептидных токсинов, обнаруженных в трех родах смертельно ядовитых грибов ( Amanita , Galerina и Lepiota ) и одном виде рода Pholiotina . [1] Аматоксины очень сильнодействующие: даже половина шляпки гриба может вызвать серьезное поражение печени при проглатывании.

Структура

Структура основной цепи (черная) одинакова у всех аматоксинов, а пять переменных групп (красные) определяют конкретное соединение.

Соединения имеют схожую структуру, состоящую из восьми аминокислотных остатков, организованных в консервативный макробициклический мотив (общая пентациклическая структура при подсчете колец, присущих остаткам, полученным из пролина и триптофана); они были выделены в 1941 году Генрихом О. Виландом и Рудольфом Халлермайером. [2] Все аматоксины представляют собой циклические пептиды , которые синтезируются как 35-аминокислотные пропротеины , из которых последние восемь аминокислот расщепляются пролилолигопептидазой. [3] Схематическая аминокислотная последовательность аматоксинов - Ile-Trp-Gly-Ile-Gly-Cys-Asn-Pro с поперечными связями между Trp и Cys через сульфоксидную (S=O) группу и гидроксилирование в вариантах молекулы; ферменты для этих этапов обработки остаются неизвестными.

В настоящее время известно десять названий аматоксинов: [4]

Сообщалось о δ-аманитине, но его химическая структура не определена.

Семейные отношения

Аманитин очень тесно связан с фаллоидинами , которые являются бициклическими токсинами из 7 остатков. Они оба являются частью семейства белков MSDIN , названного так из-за высококонсервативной последовательности из 5 аминокислот в препротеинах. Исследование 2014 года определило, что в геномах Amanita существует значительное количество нехарактеризованных последовательностей MSDIN . [5]

Механизм

Аматоксины являются мощными и селективными ингибиторами РНК-полимеразы II , жизненно важного фермента в синтезе информационной РНК (мРНК), микроРНК и малой ядерной РНК ( мяРНК ). Без мРНК, которая является матрицей для синтеза белка , метаболизм клеток останавливается и наступает апоптоз . [6] РНК-полимераза Amanita phalloides имеет мутации, которые делают ее нечувствительной к воздействию аматоксинов; таким образом, гриб не отравляет себя. [7]

Аматоксины способны перемещаться по кровотоку, чтобы достичь органов в организме. Хотя эти соединения могут повредить многие органы, повреждение печени и сердца приводит к летальному исходу. На молекулярном уровне аматоксины вызывают повреждение клеток этих органов, вызывая перфорации в плазматических мембранах, что приводит к тому, что органеллы, которые обычно находятся в цитоплазме, оказываются не на своем месте во внеклеточном матриксе. [8] бета-аманитин также является ингибитором эукариотической РНК-полимеразы II и РНК-полимеразы III, и, как следствие, синтеза белка млекопитающих. Не было обнаружено, что он ингибирует РНК-полимеразу I или бактериальную РНК-полимеразу. [9] Поскольку он инактивирует РНК-полимеразы, печень не может восстанавливать повреждения, и клетки печени быстро отмирают. [10]

Ленточная диаграмма молекулы РНК-полимеразы II, показывающая центральный участок связывания молекулы альфа-аманитина
α-Аманитин (красный), связанный с РНК-полимеразой II из Saccharomyces cerevisiae (пивные дрожжи). Из PDB : 1K83 ​. [11]

Альфа-аманитин (α-аманитин) в первую очередь влияет на мостовую спираль комплекса РНК Pol II, высококонсервативный домен длиной 35 аминокислот. На N-конце и C-конце этой области находятся шарнирные структуры, которые претерпевают значительные конформационные изменения на протяжении всего цикла добавления нуклеотидов и необходимы для его прогрессии. [12] Одна из многих ролей мостовой спирали — содействие транслокации ДНК. [13] Альфа-аманитин связывается с мостовой спиралью комплекса РНК Pol II, а также с частью комплекса, которая примыкает к мостовой спирали, пока она находится в одной определенной конформации. Это связывание фиксирует мостовую спираль на месте, резко замедляя ее движение при транслокации ДНК. [11] Скорость транслокации ДНК pol II снижается с нескольких тысяч до нескольких нуклеотидов в минуту. [14] [15]

Симптомы воздействия

При воздействии аматоксинов печень является основным пораженным органом, поскольку это орган, который первым сталкивается после абсорбции в желудочно-кишечном тракте . Нет никаких доказательств того, что аматоксины абсорбируются через кожу. Одно исследование, проведенное на мышах, показывает, что альфа-аманитин не абсорбируется через кожу и, следовательно, не может оказывать никаких токсических эффектов. [16] Более конкретно, воздействие аматоксинов может вызвать раздражение дыхательных путей, головную боль, головокружение, тошноту, одышку, кашель, бессонницу, диарею, желудочно-кишечные расстройства, боли в спине, частое мочеиспускание, повреждение печени и почек или смерть при проглатывании или вдыхании. Для β-аманитина не было проведено полного токсикологического исследования. Однако в паспортах безопасности указано, что при контакте с кожей он может вызвать раздражение, ожоги, покраснение, сильную боль и может всасываться через кожу, вызывая эффекты, аналогичные воздействию при вдыхании и проглатывании. Попадание в глаза может привести к раздражению, ожогам роговицы и повреждению глаз. [17] Лица с уже имеющимися заболеваниями кожи, глаз или центральной нервной системы, а также с нарушениями функции печени, почек или легких могут быть более восприимчивы к воздействию этого вещества.

Предполагаемая минимальная летальная доза составляет 0,1 мг/кг или 7-10 миллиграммов токсина для взрослых. Их быстрое всасывание в кишечнике в сочетании с их термостабильностью приводит к быстрому развитию токсических эффектов за относительно короткий период времени. Наиболее тяжелыми эффектами являются токсический гепатит с центролобулярным некрозом и гепатостеатозом , а также острая тубулоинтерстициальная нефропатия , которые в совокупности вызывают тяжелую печеночную и почечную недостаточность .

Уход

Во всем мире используется множество анекдотических и частично изученных методов лечения. Одно исследование на мышах показало нулевые результаты для всех изученных методов лечения. Методы лечения, не показавшие заметной ценности, включали N-ацетилцистеин , бензилпенициллин , циметидин , тиоктовую кислоту и силибин . [18]

Лечение включает высокие дозы пенициллина , а также поддерживающую терапию в случаях печеночной и почечной травмы. Силибинин , продукт, обнаруженный в расторопше , является потенциальным противоядием от отравления аматоксином, хотя необходимо собрать больше данных. Особое внимание уделяется поддержанию гемодинамической стабильности, хотя, если развился гепаторенальный синдром , прогноз в лучшем случае осторожный. [19]

Обнаружение

Наличие аматоксинов в образцах грибов может быть обнаружено с помощью теста Мейкснера (также известного как тест Виланда). Аматоксины могут быть количественно определены в плазме или моче с использованием хроматографических методов для подтверждения диагноза отравления у госпитализированных пациентов и в посмертных тканях для помощи в судебно-медицинском расследовании предполагаемой смертельной передозировки. [20]

В 2020 году был разработан иммуноферментный анализ на основе моноклональных антител, который может быстро и избирательно обнаруживать аматоксины. [21] [22] Этот тест чувствительно обнаруживает альфа-аманитин и гамма-аманитин (четко обнаруживает 10 нг/мл) и демонстрирует немного меньшую обнаруживаемость для бета-аманитина (перекрестная реактивность 0,5%; 2000 нг/мл). Хотя этот тест перекрестно реагирует с фаллотоксинами при 0,005% (200 000 нг/мл), фаллотоксины не будут мешать отбору проб мочи, и есть очень редкие случаи, когда гриб производит фаллотоксины, не производя аматоксины.

Исследования

В исследовании 2013 года по концентрации токсинов в Amanita phalloides все части гриба содержали аматоксины, и было установлено, что самые высокие концентрации были обнаружены в жабрах и шляпке, а самые низкие уровни в спорах и мицелии. [23] Дополнительное исследование, опубликованное в 2013 году многими из тех же авторов, не обнаружило никакой разницы в последовательности ITS Amanita phalloides var. alba, но обнаружило разные концентрации токсинов. [24] Жабры и шляпка Amanita phalloides var. alba также содержали самый высокий уровень, а очень низкие уровни были отмечены в спорах, вольве и ножке, однако в этом варианте споры имели более высокую концентрацию всех токсинов, кроме гамма-аманитина, чем было обнаружено в Amanita phalloides. Споры Amanita phalloides var. alba содержал 0,89 мг/г альфа-аманитина, 0,48 мг/г бета-аманитина и 0,001 мг/г гамма-аманитина в отличие от 2,46, 1,94 и 0,36 мг/г, обнаруженных в жабрах, и 2,40, 1,75 и 0,27 мг/г, обнаруженных в шляпке. Концентрация, обнаруженная в жабрах, шляпке, ножке и вольве Amanita phalloides var. alba , ниже, чем у Amanita phalloides, однако было показано, что споры содержат более высокую концентрацию. [24] В обоих исследованиях шесть грибов были отпечатаны спорами, высушены и протестированы, причем уровень токсина во всем грибе был получен из тестирования одной половины целого гриба, разрезанного пополам, другая половина была разделена на части шляпки, жабр, ножки и вольвы для индивидуального тестирования с частями, измельченными в порошок и протестированными как образцы по 1 грамму. [23] [24] В 2010 году исследование Amanita bisporigera , ангела-разрушителя, показало, что концентрация токсинов в спорах также была ниже, чем уровни, обнаруженные в шляпке или ножке. [25]

Аматоксины чрезвычайно токсичны для человека, причем Amanita phalloides и его разновидности составляют многие из случаев фатальной токсичности после употребления в пищу. Эти токсины обладают высокой термостабильностью, и это свойство в сочетании с их растворимостью в воде делает их исключительно токсичными, поскольку они не разрушаются при приготовлении пищи или сушке. [26] Кроме того, аматоксины устойчивы к ферментативному и кислотному разложению, и поэтому при попадании в организм они не инактивируются в желудочно-кишечном тракте. [26] Сообщалось о летальном случае после употребления A. phalloides , который был заморожен в течение 7–8 месяцев, что демонстрирует, что эти соединения также устойчивы к процессам замораживания/оттаивания. [26] Кроме того, аматоксины очень медленно разлагаются при хранении в открытых водных растворах или после длительного воздействия солнечного или неонового света. [26]

В 2015 году было проведено исследование случая пациента, который приготовил и съел только шляпки двух грибов Amanita phalloides и был впоследствии госпитализирован на следующий день. Субъектом был 61-летний мужчина с массой тела 67 кг, который жаловался на усталость, боли в животе, тошноту, рвоту и диарею. Грибы были собраны в одном и том же регионе и показаны пациенту, чтобы подтвердить, что он съел именно их, и для исследования были выбраны два гриба примерно одинакового размера и уровня зрелости. [27] Предыдущие исследования показали, что молодые грибы могут содержать более высокую концентрацию токсинов, чем в зрелых образцах. [28] Общий вес шляпок этих двух грибов составил 43,4 г в свежем виде или 4,3 г в сухом виде, и при тестировании было обнаружено, что они содержат в общей сложности 21,3 мг аматоксина, распределенного в виде 11,9 мг альфа-аманитина, 8,4 мг бета-аманитина и 1 мг гамма-аманитина. Анализ мочи пациента после 4 дней лечения в больнице показал концентрацию 2,7 нг/мл альфа-аманитина и 1,25 нг/мл бета-аманитина, гамма-аманитин не обнаружен. Пациент выжил и был выписан после 9 дней лечения с последующими тестами, не показавшими признаков поражения печени, но на основании этого случая было подсчитано, что пероральная доза 0,32 мг аматоксина на кг массы тела может быть смертельной, а приблизительная летальная доза альфа-аманитина составляет 0,2 мг/кг при пероральном приеме. Было подсчитано, что употребление более 50 г свежего Amanita phalloides , примерно 2 грибов среднего размера, может быть смертельным. Клинические испытания показали, что количество, потребляемое пациентом, оставалось ниже гипотетической летальной дозы, которая, как отмечает исследование, вероятно, варьируется в зависимости от здоровья пациента, предрасположенности к поражению печени и региональных различий в концентрации токсинов. [27]

В полевых руководствах повторяются истории о том, что сборщики заболели только от спор после того, как собрали токсичные виды Amanita в ту же корзину, невольно оставив свои споры, чтобы собрать урожай до того, как токсичные были выброшены. Однако эта тема не была исследована, и исследования не делают никаких заявлений о возможности отравления только спорами. Учитывая, что концентрация токсинов, обнаруженных в спорах, ниже, чем в шляпке, для достижения смертельной дозы потребовалось бы потребление значительной массы спор, превышающей вес самих шляпок грибов.

Виды грибов

Виды грибов, содержащие аматоксин, из родов Amanita , Galerina и Lepiota . [29] [30]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Diaz JH (март 2018 г.). «Отравления грибами, содержащими аматоксины: виды, токсидромы, методы лечения и исходы». Wilderness & Environmental Medicine . 29 (1): 111–118. doi : 10.1016/j.wem.2017.10.002 . PMID  29325729.
  2. ↑ Litten W (март 1975). «Самые ядовитые грибы». Scientific American . 232 (3): 90–101. Bibcode : 1975SciAm.232c..90L. doi : 10.1038/scientificamerican0375-90. PMID  1114308.
  3. ^ Hallen HE, Luo H, Scott-Craig JS, Walton JD (ноябрь 2007 г.). «Семейство генов, кодирующих основные токсины смертельных грибов Amanita». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (48): 19097–19101. Bibcode : 2007PNAS..10419097H. doi : 10.1073/pnas.0707340104 . PMC 2141914. PMID  18025465 . 
  4. ^ Бауманн К, Мюнтер К, Фолстих Х (апрель 1993). «Идентификация структурных особенностей, участвующих в связывании альфа-аманитина с моноклональным антителом». Биохимия . 32 (15): 4043–4050. doi :10.1021/bi00066a027. PMID  8471612.
  5. ^ Ли П, Дэн В, Ли Т (июнь 2014 г.). «Молекулярное разнообразие семейств генов токсинов в летальных грибах Amanita». Toxicon . 83 : 59–68. doi :10.1016/j.toxicon.2014.02.020. PMID  24613547.
  6. ^ Карлсон-Штибер С, Перссон Х (сентябрь 2003 г.). «Цитотоксические грибы — обзор». Toxicon . 42 (4): 339–349. doi :10.1016/S0041-0101(03)00238-1. PMID  14505933.
  7. ^ Horgen PA, Vaisius AC, Ammirati JF (сентябрь 1978 г.). «Нечувствительность активности ядерной РНК-полимеразы грибов к ингибированию аматоксинами». Архив микробиологии . 118 (3): 317–319. Bibcode : 1978ArMic.118..317H. doi : 10.1007/BF00429124. PMID  567964. S2CID  37127957.
  8. ^ Мелдолези Дж., Пелоси Г., Брунелли А., Дженовезе Э. (июнь 1967 г.). «Электронно-микроскопические исследования действия аманитина на мышах: поражения печени и сердца». Архив Вирхова для патологической анатомии, физиологии и клинической медицины . 342 (3): 221–235. дои : 10.1007/bf00960591. PMID  5301504. S2CID  12556291.
  9. ^ "β-Аманитин из Amanita phalloides". Sigma-Aldrich . Получено 12 марта 2013 г.
  10. ^ "Полипептидные токсины в грибах Amanita". Корнельский университет . Получено 12 марта 2013 г.
  11. ^ ab Bushnell DA, Cramer P, Kornberg RD (февраль 2002 г.). «Структурная основа транскрипции: сокристалл альфа-аманитин-РНК-полимеразы II с разрешением 2,8 А». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (3): 1218–1222. Bibcode : 2002PNAS...99.1218B. doi : 10.1073/pnas.251664698 . PMC 122170. PMID  11805306 . 
  12. ^ Weinzierl RO (сентябрь 2011 г.). «Мостовая спираль РНК-полимеразы действует как центральный наномеханический коммутатор для координации катализа и перемещения субстрата». Archaea . 2011 : 608385. doi : 10.1155/2011/608385 . PMC 3270539 . PMID  22312317. 
  13. ^ Hein PP, Landick R (ноябрь 2010 г.). «Мостовая спираль координирует движения модулей в РНК-полимеразе». BMC Biology . 8 : 141. doi : 10.1186/1741-7007-8-141 . PMC 2993669. PMID  21114873 . 
  14. ^ Chafin DR, Guo H, Price DH (август 1995). «Действие альфа-аманитина во время пирофосфоролиза и удлинения РНК-полимеразой II». Журнал биологической химии . 270 (32): 19114–19119. doi : 10.1074/jbc.270.32.19114 . PMID  7642577.
  15. ^ Rudd MD, Luse DS (август 1996 г.). «Аманитин значительно снижает скорость транскрипции тройными комплексами РНК-полимеразы II, но не подавляет некоторые режимы расщепления транскрипта». Журнал биологической химии . 271 (35): 21549–21558. doi : 10.1074/jbc.271.35.21549 . PMID  8702941.
  16. ^ Kaya E, Surmen MG, Yaykasli KO, Karahan S, Oktay M, Turan H и др. (июнь 2014 г.). «Кожная абсорбция и токсичность альфа-аманитина у мышей». Токсикология кожи и глаз . 33 (2): 154–160. doi :10.3109/15569527.2013.802697. PMID  23763309. S2CID  32405244.
  17. ^ "β-Аманитин из Amanita phalloides". Паспорт безопасности . Sigma-Aldrich. Номер по каталогу A1304 . Получено 2021-05-11 .
  18. ^ Tong TC, Hernandez M, Richardson WH, Betten DP, Favata M, Riffenburgh RH и др. (сентябрь 2007 г.). «Сравнительное лечение отравления альфа-аманитином с помощью N-ацетилцистеина, бензилпенициллина, циметидина, тиоктовой кислоты и силибина на мышиной модели». Annals of Emergency Medicine . 50 (3): 282–288. doi :10.1016/j.annemergmed.2006.12.015. PMID  17559970.
  19. ^ Piqueras J (февраль 1989). «Гепатотоксичное отравление грибами: диагностика и лечение». Mycopathologia . 105 (2): 99–110. doi :10.1007/bf00444032. PMID  2664527. S2CID  29687288.
  20. ^ Базелт Р. (2008). Распределение токсичных лекарств и химикатов в организме человека (8-е изд.). Фостер-Сити, Калифорния: Биомедицинские публикации. С. 52–54.
  21. ^ Bever CS, Adams CA, Hnasko RM, Cheng LW, Stanker LH (2020-04-17). "Иммуноферментный анализ с латеральным потоком (LFIA) для обнаружения летальных аматоксинов из грибов". PLOS ONE . 15 (4): e0231781. Bibcode : 2020PLoSO..1531781B. doi : 10.1371/journal.pone.0231781 . PMC 7164595. PMID  32302363 . 
  22. ^ Bever CS, Swanson KD, Hamelin EI, Filigenzi M, Poppenga RH, Kaae J, et al. (Февраль 2020 г.). «Быстрое, чувствительное и точное обнаружение летальных аматоксинов в моче в месте оказания помощи». Токсины . 12 (2): 123. doi : 10.3390/toxins12020123 . PMC 7076753 . PMID  32075251. 
  23. ^ abc Кая Э, Карахан С, Байрам Р, Яйкасли КО, Чолакоглу С, Саритас А (декабрь 2015 г.). «Концентрация аматоксина и фаллотоксина в спорах и тканях Amanita phalloides». Токсикология и промышленное здоровье . 31 (12): 1172–1177. Бибкод : 2015ToxIH..31.1172K. дои : 10.1177/0748233713491809. PMID  23719849. S2CID  206543780.
  24. ^ abcd Кая Э, Йылмаз И, Синирлиоглу З.А., Карахан С., Байрам Р., Яйкасли КО и др. (декабрь 2013 г.). «Концентрация аманитина и фаллотоксина в грибе Amanita phalloides var. alba». Токсикон . 76 : 225–233. doi :10.1016/j.токсикон.2013.10.008. ПМИД  24139877.
  25. ^ ab Mcknight TA, Mcknight KB, Skeels MC (2010). «Концентрация аматоксина и фаллотоксина в спорах amanita bisporigera». Mycologia . 102 (4): 763–765. doi :10.3852/09-131. PMID  20648744. S2CID  29289507.
  26. ^ abcd Гарсия Дж., Коста В.М., Карвальо А., Баптиста П., де Пиньо П.Г., де Лурдес Бастос М., Карвалью Ф. (декабрь 2015 г.). «Отравление Amanita phalloides: механизмы токсичности и лечение». Пищевая и химическая токсикология . 86 : 41–55. дои : 10.1016/j.fct.2015.09.008. hdl : 10198/17717 . ПМИД  26375431.
  27. ^ ab Yilmaz I, Ermis F, Akata I, Kaya E (декабрь 2015 г.). «Исследование случая: какие дозы Amanita phalloides и аматоксинов смертельны для человека?». Wilderness & Environmental Medicine . 26 (4): 491–496. doi : 10.1016/j.wem.2015.08.002 . PMID  26453489.
  28. ^ Веттер Дж (январь 1998 г.). «Токсины Amanita phalloides». Токсикон . 36 (1): 13–24. дои : 10.1016/S0041-0101(97)00074-3. ПМИД  9604278.
  29. ^ Enjalbert F, Rapior S, Nouguier-Soulé J, Guillon S, Amouroux N, Cabot C (26 ноября 2002 г.). «Лечение отравления аматоксином: 20-летний ретроспективный анализ». Журнал токсикологии. Клиническая токсикология . 40 (6): 715–757. doi :10.1081/CLT-120014646. PMID  12475187. S2CID  22919515.
  30. ^ Уолтон Дж. (9 мая 2018 г.). Циклические пептидные токсины мухоморов и других ядовитых грибов . Хам, Швейцария: Springer. ISBN 978-3-319-76822-9. OCLC  1035556400.