stringtranslate.com

Понератоксин

Понератоксин — это парализующий нейротоксический пептид , вырабатываемый муравьем-пулей Paraponera clavata . Он предотвращает инактивацию потенциалзависимых натриевых каналов и, следовательно, блокирует синаптическую передачу в центральной нервной системе . [1] В частности, понератоксин действует на потенциалзависимые натриевые каналы в волокнах скелетных мышц , вызывая паралич, и на ноцицептивные волокна, вызывая боль. [2] Он оценен как 4+ по индексу боли от укусов Шмидта , наивысший возможный рейтинг в этой системе, и его эффекты могут вызывать волны боли в течение двенадцати часов после одного укуса. [3] Он также изучается на предмет его использования в биологических инсектицидах. [4]

Механизм действия

Схема показывает нормально открытые и инактивированные потенциалзависимые натриевые каналы слева. При связывании понератоксина натриевый канал вынужден оставаться в открытом состоянии, неспособный инактивироваться. Это приводит к продлению потенциалов действия, что связано с болью от укусов муравьев-пулей.

В целом, понератоксин нарушает нормальную функцию потенциалзависимых натриевых каналов как у позвоночных , так и у беспозвоночных . Он вызывает повторяющуюся активацию и продление потенциалов действия , особенно в центральной нервной системе насекомых. [4] Увеличение сигнализации является причиной сильной боли от укусов муравьев-пулей . [5]

Понератоксин находится в неактивном состоянии, когда хранится в резервуаре муравьиного яда из-за кислотных условий резервуара, но он становится токсичным при активации посредством многоступенчатого процесса. Сочетание связывания понератоксина с клеточной мембраной (чтобы воздействовать на потенциалзависимый натриевый канал) и перемещения из кислотных условий в резервуаре муравьиного яда в основные условия в целевом месте приводит к тому, что понератоксин претерпевает конформационное изменение , которое активирует его. [1]

Catterall et al. выдвинули гипотезу, что некоторые полипептидные нейротоксины изменяют функцию потенциалзависимых каналов посредством механизма «захвата датчиком напряжения». Гипотеза утверждает, что нейротоксины, подобные понератоксину, такие как токсины альфа-скорпиона , действуют на натриевые каналы посредством связывания с рецепторным сайтом каналов 3, что обычно влияет на способность каналов к инактивации. Поэтому нейротоксины рецепторного сайта 3 часто влияют на натриевые каналы, замедляя или блокируя инактивацию. [2] [6] Обычно область канала, где находится рецепторный сайт нейротоксина 3, претерпевает конформационное изменение внешнего движения, что приводит к инактивации. Предполагается, что нейротоксины рецепторного сайта 3 предотвращают это конформационное изменение посредством взаимодействия с кислотными и гидрофобными аминокислотными остатками в этом сайте. [6]

Когда волокна скелетных мышц лягушки подверглись воздействию понератоксина, было обнаружено, что понератоксин в первую очередь повлиял на потенциалзависимые натриевые каналы, уменьшив пиковый натриевый ток, а также вызвав медленный натриевый ток. Эта комбинация привела к активации натриевых каналов при очень отрицательных потенциалах и очень медленной дезактивации, явление, обычно наблюдаемое в возбудимых тканях. [7] Понератоксин считается медленно действующим агонистом для гладких мышц . [8]

Структура

Пептид понератоксина хранится в неактивном пептиде из 25 остатков (аминокислотная последовательность FLPLLILGSLLMTPPVIQAIHDAQR) в резервуаре яда Paraponera clavata . Вторичная структура характеризуется мотивом спираль-поворот-спираль : две альфа-спирали, соединенные бета-поворотом .

Понератоксин встраивается в плазматическую мембрану. Синие области гидрофильные, а красные — гидрофобные

Две альфа-спирали образованы остатками 3–9 на N-конце и остатками 17–24 на C-конце, и они соединены бета -поворотом на остатках 11–16. С трехмерной точки зрения эта структура образует преимущественную V-образную форму с двумя спиралями, подвергающимися свободным нековалентным взаимодействиям друг с другом. [1] Это примечательно из-за его структурного сходства с другими пептидами, которые взаимодействуют с мембраной, и указывает на то, что понератоксин также будет взаимодействовать с мембраной и тем самым влиять на встроенные потенциалзависимые натриевые каналы . [9] Кроме того, структура пептида смещается от случайной спирали к структурированной спираль-поворот-спираль при введении в липидную бислойную среду, что указывает на то, что этот мотив важен для взаимодействия с мембраной. [1]

Однако две альфа-спирали имеют заметно разные характеристики. N-концевая альфа-спираль является аполярной, содержащей центральное гидрофобное ядро ​​с гидрофильными остатками на обоих концах, и не заряжена. По своей структуре она похожа на трансмембранный сигнальный пептид , что подразумевает, что она будет закрепляться на мембране, скрывая гидрофобное ядро ​​внутри бислоя. [1] В частности, объемный и очень гидрофобный остаток фенилаланина важен для взаимодействия с незаряженными липидными бислоями, такими как те, которые состоят из фосфатидилхолина . C-концевая альфа-спираль является амфипатической, с одной стороны, демонстрирующей полярные и заряженные остатки, а с другой — неполярные остатки, что обеспечивает вставку в плазматическую мембрану. [10] В частности, было показано, что положительно заряженные остатки аргинина и неполярного аланина необходимы для активности понератоксина. [2] См. рисунок, где гидрофобные (красные) и гидрофильные (синие) области понератоксина и липидного бислоя выровнены, демонстрируя, что структура эволюционировала для встраивания в мембрану, что будет способствовать взаимодействию с потенциалзависимыми натриевыми каналами .

Токсикология

Многие считают, что укус муравья -пули напоминает ощущение от выстрела. Джастин Шмидт , энтомолог , разработавший индекс боли от укуса Шмидта , описал его как «чистую, интенсивную, яркую боль... как будто вы ходите по пылающему углю с трехдюймовым гвоздем, застрявшим в пятке», и считает укус муравья-пули самым болезненным укусом насекомых, который он когда-либо испытывал. [11] Боль от укуса муравья-пули может длиться много часов, даже до 24 часов. И сильная боль, и продолжительность укуса обусловлены действием понератоксина. [5] Помимо пресловутой боли, симптомы укусов муравьев-пулей (а также укусов других муравьев рода Paraponera , а также рода Dinoponera ) включают лихорадку, холодный пот, тошноту, рвоту, лимфаденопатию и сердечную аритмию . [ необходима ссылка ]

Анализы токсичности показали, что LT 50 понератоксина, введенного с помощью инъекций генетически модифицированных вирусов личинкам S. frugiperda , составило 131 час после инъекции. Доза 10 5 БОЕ понератоксина была достаточна для уничтожения личинок S. frugiperda , а доза 10 нг могла бы их парализовать. [1] Основываясь на этих экспериментах, ученые полагают, что понератоксин может стать хорошим кандидатом в качестве биоинсектицида из -за его нейротоксичности для других насекомых, что делает его способным обездвиживать или даже убивать зараженных им насекомых. Было предложено создание рекомбинантного вируса путем конструирования бакуловируса , который экспрессирует понератоксин. [1]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefg Szolajska E, Poznanski J, Ferber ML, Michalik J, Gout E, Fender P, Bailly I, Dublet B, Chroboczek J (июнь 2004 г.). «Poneratoxin, a neurotoxin from ant venom. Structure and expression in pest cell and construction of a bio-insecticide». European Journal of Biochemistry . 271 (11): 2127–36. doi : 10.1111/j.1432-1033.2004.04128.x . PMID  15153103.
  2. ^ abc Johnson SR, Rikli HG, Schmidt JO, Evans MS (декабрь 2017 г.). «Повторное исследование понератоксина из яда муравья-пули Paraponera clavata». Пептиды . 98 : 51–62. doi : 10.1016/j.peptides.2016.05.012. PMID  27266841. S2CID  23620280.
  3. ^ Коннифф Р. (2009-08-10). «О, Стинг, где твоя смерть?». newyorktimes.com . Получено 26 апреля 2017 г.
  4. ^ ab Touchard A, Aili SR, Fox EG, Escoubas P, Orivel J, Nicholson GM, Dejean A (январь 2016 г.). «Биохимический арсенал токсинов из муравьиных ядов». Toxins . 8 (1): 30. doi : 10.3390/toxins8010030 . PMC 4728552 . PMID  26805882. 
  5. ^ ab Sullivan, Cody (16 июля 2015 г.). «Укус этого муравья настолько силен, что ощущается как выстрел — некоторые называют его самой сильной болью, известной человеку». Business Insider .
  6. ^ ab Catterall WA, Cestèle S, Yarov-Yarovoy V, Yu FH, Konoki K, Scheuer T (февраль 2007 г.). "Потенциал-зависимые ионные каналы и токсины-модификаторы ворот" (PDF) . Toxicon . 49 (2): 124–41. doi :10.1016/j.toxicon.2006.09.022. PMID  17239913. S2CID  5727158.
  7. ^ Duval A, Malécot CO, Pelhate M, Piek T (март 1992 г.). «Poneratoxin, a new toxin from an antvenom, reveals an interconversion between two gating modes of Na-channels in frog skeleton muscle fibers». Pflügers Archiv . 420 (3–4): 239–47. doi :10.1007/BF00374453. PMID  1317947. S2CID  166850.
  8. ^ Piek T, Duval A, Hue B, Karst H, Lapied B, Mantel P, Nakajima T, Pelhate M, Schmidt JO (1991). «Poneratoxin, a novel peptide neurotoxin from the venom of the muravian, Paraponera clavata». Сравнительная биохимия и физиология. C, Сравнительная фармакология и токсикология . 99 (3): 487–95. doi :10.1016/0742-8413(91)90276-y. PMID  1685425.
  9. ^ Wang G, Sparrow JT, Cushley RJ (ноябрь 1997 г.). «Структурный мотив спираль-шарнир-спираль в человеческом аполипопротеине AI, определенный с помощью ЯМР-спектроскопии». Биохимия . 36 (44): 13657–66. doi :10.1021/bi971151q. PMID  9354635.
  10. ^ Drin G, Antonny B (май 2010). «Амфипатические спирали и кривизна мембраны». FEBS Letters . 584 (9): 1840–7. doi : 10.1016/j.febslet.2009.10.022 . PMID  19837069.
  11. ^ Лория К (23 августа 2016 г.). «Человек, которого ужалили более 1000 раз, расскажет об одном насекомом, которого вам действительно следует избегать». Business Insider .

Внешние ссылки