stringtranslate.com

Апамин

Апамин — это нейротоксин из 18 аминокислот, глобулярный пептид , обнаруженный в апитоксине ( пчелином яде ). [2] Сухой пчелиный яд состоит из 2–3% апамина. [3] Апамин селективно блокирует SK-каналы , тип Ca2 + -активируемых K + -каналов, экспрессируемых в центральной нервной системе . Токсичность вызывают всего несколько аминокислот, в частности цистеин 1 , лизин 4 , аргинин 13 , аргинин 14 и гистидин 18. Эти аминокислоты участвуют в связывании апамина с Ca2 + -активируемым K + -каналом. Благодаря своей специфичности к SK-каналам апамин используется в качестве препарата в биомедицинских исследованиях для изучения электрических свойств SK-каналов и их роли в постгиперполяризациях, происходящих сразу после потенциала действия . [4]

Источник

Первые симптомы апитоксина (пчелиного яда), которые, как сейчас считается, вызваны апамином, были описаны еще в 1936 году Ханом и Ледичке. Апамин был впервые выделен Хаберманном в 1965 году из Apis mellifera , западной медоносной пчелы . Апамин был назван в честь этой пчелы. Пчелиный яд содержит много других соединений, таких как гистамин, фосфолипаза A2 , гиалуронидаза, пептид MCD и основной активный компонент мелиттин . Апамин был отделен от других соединений с помощью гель-фильтрации и ионообменной хроматографии. [2]

Структура и активный сайт

Апамин — это полипептид, обладающий аминокислотной последовательностью H-Cys-Asn-Cys-Lys-Ala-Pro-Glu-Thr-Ala-Leu-Cys-Ala-Arg-Arg-Cys-Gln-Gln-His-NH 2 (однобуквенная последовательность CNCKAPETALCARRCQQH-NH 2 , с дисульфидными связями между Cys 1 -Cys 11 и Cys 3 -Cys 15 ). Апамин очень жесткий из-за двух дисульфидных мостиков и семи водородных связей. Трехмерная структура апамина была изучена с помощью нескольких спектроскопических методов: HNMR , кругового дихроизма , спектроскопии Рамана , FT-IR . Предполагается, что структура состоит из альфа-спирали и бета-витков, но точная структура до сих пор неизвестна. [5]

По локальным изменениям можно найти аминокислоты , которые участвуют в токсичности апамина. Винсент и др. обнаружили, что гуанидинирование ε-аминогруппы лизина 4 не снижает токсичность. Когда ε-аминогруппа лизина 4 и α-аминогруппа цистеина 1 ацетилируются или обрабатываются флуорескамином, токсичность снижается в 2,5 и 2,8 раза соответственно. Это лишь небольшое снижение, которое указывает на то, что ни ε-аминогруппа лизина 4 , ни α-аминогруппа цистеина 1 не являются существенными для токсичности апамина. Глутамин 7 был изменен путем образования амидной связи с этиловым эфиром глицина, что привело к снижению токсичности в 2,0 раза. Глутамин 7 также, по-видимому, не является существенным для токсичности. Когда гистидин 18 изменяется карбэтоксилированием, токсичность уменьшается только в 2,6 раза. Но когда гистидин 18 , ε-аминогруппа лизина 4 и α-аминогруппа цистеина 1 все карбэтоксилированы и ацетилированы, токсичность резко уменьшается. Это означает, что эти три аминокислоты не являются необходимыми для токсичности сами по себе, но три из них вместе являются. Химическое изменение аргинина 13 и аргинина 14 обработкой 1,2-циклогександионом и расщеплением трипсином снижает токсичность более чем в 10 раз. Аминокислоты, которые вызывают токсичность апамина, это цистеин 1 , лизин 4 , аргинин 13 , аргинин 14 и гистидин 18. [6]

Токсикодинамика

Апамин — самый маленький из известных нейротоксиновых полипептидов и единственный, который преодолевает гематоэнцефалический барьер. [6] Таким образом, апамин достигает своего целевого органа — центральной нервной системы. Здесь он ингибирует малопроводящие Ca 2+ -активируемые K + каналы (SK-каналы) в нейронах. Эти каналы отвечают за постгиперполяризации, которые следуют за потенциалами действия, и, следовательно, регулируют частоту повторных импульсов. [7] Три различных типа SK-каналов демонстрируют различные характеристики. Только SK2 и SK3 блокируются апамином, тогда как SK1 нечувствителен к апамину. SK-каналы функционируют как тетрамер субъединиц. Гетеромеры обладают промежуточной чувствительностью. [7] SK-каналы активируются путем связывания внутриклеточного Ca 2+ с белком кальмодулином , который конститутивно связан с каналом. [8] Транспорт ионов калия из клетки по градиенту их концентрации приводит к тому, что мембранный потенциал становится более отрицательным. Каналы SK присутствуют в широком спектре возбудимых и невозбудимых клеток, включая клетки центральной нервной системы, кишечные миоциты, эндотелиальные клетки и гепатоциты.

Связывание апамина с SK-каналами опосредуется аминокислотами в области пор, а также внеклеточными аминокислотами SK-канала. [9] Вероятно, что ингибирование SK-каналов вызвано блокировкой области пор, что затрудняет транспорт ионов калия. Это увеличит возбудимость нейронов и снизит порог генерации потенциала действия . Другими токсинами, блокирующими SK-каналы, являются тамапин и сциллатоксин .

Токсикокинетика

Кинетику меченых производных апамина изучали in vitro и in vivo на мышах Ченг-Рауде и др. Это пролило свет на кинетику самого апамина. Ключевым органом для экскреции, вероятно, являются почки , поскольку там было обнаружено обогащение меченых производных. Пептид апамин достаточно мал, чтобы пройти через гломерулярный барьер, облегчая почечную экскрецию. Центральная нервная система, напротив, содержала лишь очень небольшое количество апамина. Это неожиданно, так как это целевой орган для нейротоксичности, вызываемой апамином. Таким образом, эта низкая концентрация оказалась достаточной, чтобы вызвать токсические эффекты. [10]

Однако эти результаты не согласуются с исследованием Винсента и др. После инъекции супралетальной дозы радиоактивного ацетилированного апамина мышам, обогащение было обнаружено в спинном мозге , который является частью целевого органа. Некоторые другие органы, включая почки и мозг, содержали лишь небольшие количества производного апамина. [6]

Симптомы

Симптомы после укуса пчелы могут включать:

Пациентов, отравленных пчелиным ядом, можно лечить противовоспалительными препаратами, антигистаминными препаратами и пероральным преднизолоном . [11]

Апамины — это элементы пчелиного яда . Человек может контактировать с апамином через пчелиный яд, поэтому известные симптомы вызваны не апамином напрямую, а ядом в целом. Апамины — это единственный нейротоксин, действующий исключительно на центральную нервную систему. Симптомы отравления апамином не очень хорошо известны, поскольку люди не так легко подвергаются воздействию одного только токсина. [12]

В ходе исследований нейротоксичности апамина были обнаружены некоторые симптомы. У мышей инъекция апамина вызывает судороги и длительную спинальную спастичность. Также известно, что полисинаптические спинальные рефлексы растормаживаются у кошек. [12] Полисинаптический рефлекс — это рефлекторное действие, которое передает импульс от сенсорного нейрона к двигательному нейрону через интернейрон в спинном мозге. [13] У крыс было обнаружено, что апамин вызывает тремор и атаксию, а также драматические геморрагические эффекты в легких . [14]

Более того, было обнаружено, что апамин в 1000 раз эффективнее при применении в желудочковой системе вместо периферической нервной системы. Желудочковая система представляет собой набор структур в мозге, содержащих спинномозговую жидкость. Периферическая нервная система содержит нервы и ганглии за пределами головного и спинного мозга. [12] Эту разницу в эффективности можно легко объяснить. Апамин связывается с SK-каналами, которые немного различаются в разных тканях. Поэтому связывание апамина, вероятно, сильнее в SK-каналах в желудочковой системе, чем в других тканях.

Показатели токсичности

Раньше считалось, что апамин является довольно нетоксичным соединением (LD 50 = 15 мг/кг для мышей) по сравнению с другими соединениями пчелиного яда. [15] Текущие значения летальной дозы апамина, измеренные для мышей, приведены ниже. [16] Нет никаких известных данных, специфичных для людей.

Внутрибрюшинно (мыши) LD 50 : 3,8 мг/кг

Подкожно (мыши) LD 50 : 2,9 мг/кг

Внутривенно (мыши) LD 50 : 4 мг/кг

Внутримозговой (мышиный) LD 50 : 1800 нг/кг

Парентерально (мыши) LD 50 : 600 мг/кг

Терапевтическое использование

Недавние исследования показали, что каналы SK не только регулируют постгиперполяризацию, они также оказывают влияние на синаптическую пластичность . Это зависимая от активности адаптация силы синаптической передачи. Синаптическая пластичность является важным механизмом, лежащим в основе процессов обучения и памяти. Ожидается, что апамин будет влиять на эти процессы, ингибируя каналы SK. Было показано, что апамин улучшает обучение и память у крыс и мышей. [7] [17] Это может дать основу для использования апамина в качестве лечения расстройств памяти и когнитивной дисфункции. Однако из-за риска токсических эффектов терапевтическое окно очень узкое. [17]

Блокаторы SK-каналов могут оказывать терапевтический эффект при болезни Паркинсона . Дофамин, который истощается при этом заболевании, будет высвобождаться из дофаминергических нейронов среднего мозга, когда эти SK-каналы ингибируются. SK-каналы также были предложены в качестве мишеней для лечения эпилепсии , эмоциональных расстройств и шизофрении . [17]

Ссылки

  1. ^ Апамин — сводка соединений, PubChem .
  2. ^ аб Хаберманн Э (1984). «Апамин». Фармакология и терапия . 25 (2): 255–70. дои : 10.1016/0163-7258(84)90046-9. ПМИД  6095335.
  3. ^ Son DJ, Lee JW, Lee YH, Song HS, Lee CK, Hong JT (август 2007 г.). «Терапевтическое применение противоартритного, обезболивающего и противоракового действия пчелиного яда и его составляющих соединений». Фармакология и терапия . 115 (2): 246–70. doi :10.1016/j.pharmthera.2007.04.004. PMID  17555825.
  4. ^ Castle NA, Haylett DG, Jenkinson DH (февраль 1989). «Токсины в характеристике калиевых каналов». Trends in Neurosciences . 12 (2): 59–65. doi :10.1016/0166-2236(89)90137-9. PMID  2469212. S2CID  22356085.
  5. ^ Кастин А. Дж. «Апамин». Справочник по биологически активным пептидам (ред. 2013 г.): 417–418.
  6. ^ abc Vincent JP, Schweitz H, Lazdunski M (июнь 1975). «Структурно-функциональные связи и место действия апамина, нейротоксичного полипептида пчелиного яда с действием на центральную нервную систему». Биохимия . 14 (11): 2521–5. doi :10.1021/bi00682a035. PMID  1138869.
  7. ^ abc M. Stocker; M. Krause; P. Pedarzani (1999). "Чувствительный к апамину ток K+, активируемый Ca2+, в пирамидальных нейронах гиппокампа". PNAS . 96 (8): 4662–4667. Bibcode :1999PNAS...96.4662S. doi : 10.1073/pnas.96.8.4662 . PMC 16389 . PMID  10200319. 
  8. ^ Stocker M (октябрь 2004 г.). «Ca(2+)-активируемые K+ каналы: молекулярные детерминанты и функция семейства SK». Nature Reviews. Neuroscience . 5 (10): 758–70. doi :10.1038/nrn1516. PMID  15378036. S2CID  22211829.
  9. ^ Nolting A, Ferraro T, D'hoedt D, Stocker M (февраль 2007 г.). «Аминокислота за пределами области пор влияет на чувствительность апамина в малых проводимостях Ca2+-активируемых K+ каналов». Журнал биологической химии . 282 (6): 3478–86. doi : 10.1074/jbc.M607213200 . PMC 1849974. PMID  17142458 . 
  10. ^ Cheng-Raude D, Treloar M, Habermann E (1976). «Получение и фармакокинетика меченых производных апамина». Toxicon . 14 (6): 467–76. doi :10.1016/0041-0101(76)90064-7. PMID  1014036.
  11. ^ ab Saravanan R, King R, White J (апрель 2004 г.). «Транзиторная когтистая кисть из-за укуса пчелы. Отчет о двух случаях». Журнал хирургии костей и суставов. Британский том . 86 (3): 404–5. doi : 10.1302/0301-620x.86b3.14311 . PMID  15125129.
  12. ^ abc Habermann E (ноябрь 1977). «Нейротоксичность апамина и пептида MCD при центральном применении». Архивы фармакологии Наунин-Шмидеберга . 300 (2): 189–91. doi :10.1007/bf00505050. PMID  593441. S2CID  11709787.
  13. ^ "полисинаптический рефлекс".
  14. ^ Lallement G, Fosbraey P, Baille-Le-Crom V, Tattersall JE, Blanchet G, Wetherell JR, Rice P, Passingham SL, Sentenac-Roumanou H (декабрь 1995 г.). «Сравнительная токсичность блокаторов калиевых каналов, апамина и дендротоксина». Токсикология . 104 (1–3): 47–52. doi :10.1016/0300-483X(95)03120-5. PMID  8560501.
  15. ^ Отделение биодемической лаборатории армейского арсенала Эджвуда (1972). Бета-адренергическое и антиаритмическое действие апамина, компонента пчелиного яда (Отчет). Архивировано из оригинала 9 апреля 2013 г.
  16. ^ "Апамин" (PDF) . Паспорт безопасности материала .
  17. ^ abc Faber ES, Sah P (октябрь 2007 г.). «Функции каналов SK в центральных нейронах». Клиническая и экспериментальная фармакология и физиология . 34 (10): 1077–83. doi :10.1111/j.1440-1681.2007.04725.x. PMID  17714097. S2CID  5553791.

Внешние ссылки