stringtranslate.com

Токсин рецептора васаби

Токсин рецептора васаби ( WaTx ) является активным компонентом яда австралийского черного скорпиона Urodacus manicatus . WaTx воздействует на TRPA1 , также известный как рецептор васаби или рецептор раздражителя. WaTx — это проникающий в клетки токсин, который стабилизирует открытое состояние канала TRPA1, одновременно снижая его проницаемость для Ca 2+ , тем самым вызывая боль и гиперчувствительность к боли без нейрогенного воспаления, которое обычно возникает при использовании других токсинов животных.

Этимология

Этот токсин скорпиона был назван WaTx, потому что он воздействует на TRPA1 таким же образом, как и раздражители растительного происхождения, такие как горчичное масло и васаби . [1] Эти раздражители активируют канал TRPA1 в периферических первичных афферентных сенсорных нейронах, впоследствии вызывая их острый вкус, а также очищение придаточных пазух носа и жжение в глазах. [2] [3]

Источники

WaTx происходит из яда австралийского черного каменного скорпиона ( Urodacus manicatus ). [1]

Химия

Семья

WaTx принадлежит к семейству κ-KTx, поскольку демонстрирует сходство в паттерне дисульфидных связей. [1] Семейство KTx подразделяется на четыре подсемейства: α-, β-, γ- и κ-KTx. [4] В отличие от других подсемейств KTx, токсины скорпионов κ-KTx образуют стабилизированные цистеином α-спиральные шпильки (Cs α/α), тогда как токсины пауков и крабов κ-KTx образуют стабилизированные цистеином антипараллельные β-слои (Cs β/β). [5] [6] [7]

Структура

WaTx — это макромолекула с предполагаемой массой 3,86 кДа, [8], которая состоит из 33 аминокислотных остатков. [1] Ее аминокислотная последовательность выглядит следующим образом:

Ala-Ser-Pro-Gln-Gln-Ala-Lys-Tyr- Cys -Tyr-Glu-Gln- Cys -Asn-Val-Asn-Lys-Val-Pro-Phe-Asp-Gln- Cys -Tyr-Gln-Met- Cys -Ser-Pro-Leu-Glu-Arg-Ser (ASPQQAKYCYEQCNVNKVPFDQCYQMCSPLERS)

Рисунок остатков цистеина в аминокислотной последовательности, подчеркнутый выше, указывает на независимый рисунок дисульфидных связей Cys9-Cys27, Cys13-Cys23. Два дисульфидных мостика соединяют две параллельные α-спирали с β-поворотом . [5] Рисунок дисульфидных связей стабилизирует жесткую и компактную спиральную шпильковую структуру в двух точках, способствуя стабильной третичной структуре белка. [5]

Шпилька содержит четыре основных остатка, которые обеспечивают пассивную диффузию через мембрану. Две особенности структуры белка связаны со свойствами проникновения в клетку, которые нетипичны для пептидных токсинов. Во-первых, участок (или преобладание) основных остатков расположен на открытом конце шпильки, где встречаются амино- и карбокси-конец. Во-вторых, амино-конец в WaTx демонстрирует плотный дипольный момент . [1] Другие белки, способные проникать через плазматическую мембрану, включают ВИЧ Tat и пенетратин дрозофилы . [9] [10] [11] Однако эти белки не имеют сходства последовательности с WaTx. [1]

Гомология

Аминокислотная последовательность WaTx имеет мало общего с другими пептидами с точки зрения гомологии. [1] Хотя было обнаружено, что токсин проникает в клетки, сходства последовательности с классическими пептидами, проникающими в клетки (CPP), не наблюдается . [12]

Цель

WaTx воздействует на TRPA1 , [1] один из примерно 30 каналов транзиторного рецепторного потенциала . WaTx является как мощным, так и селективным для TRPA1. Другие известные TRP-каналы не активируются токсином. WaTx оказывает влияние на человеческий TRPA1 (hTRPA1), в то время как он не оказывает влияния на крысиный и змеиный TRPA1 (rsTRPA1). [1]

Способ действия

WaTx проникает через плазматическую мембрану вместо того, чтобы следовать стандартным маршрутам, впоследствии достигая нижней части клетки. Основные остатки и дипольный момент на спиральной шпильковой структуре обеспечивают пассивную диффузию WaTx. [1]

Как только токсин попадает в клетку, он активирует TRPA1 через внутриклеточный домен в нижней части чувствительных к напряжению сегментов S1-S4, называемый «аллостерическим нексусом». [1] Аллостерический нексус расположен в области, где встречаются TRP-подобный домен, пре-S1 спираль и богатый цистеином линкер S4-S5. [13] Эта внутренняя полость является общим местом связывания с реактивными электрофильными лигандами, а теперь и WaTx. Этот локус является ключевым регуляторным местом для интеграции стимула и распространяет конформационные изменения на ворота канала. При активации TRPA1 в открытом состоянии обеспечивает поток положительно заряженных ионов натрия и кальция в клетку. [1]

Электрофильные лиганды вносят ковалентные модификации в специфические остатки цистеина в цитоплазматическом аминоконце, что увеличивает вероятность открытия канала. [14] [15] [16] Хотя и Na + , и Ca 2+ могут входить в TRPA1, канал обычно имеет предпочтение к Ca 2+ , а внутриклеточная концентрация кальция увеличивается быстрее, чем концентрация натрия. WaTx взаимодействует с каналом по-другому по сравнению с реактивными электрофилами. WaTx нековалентно связывается с аллостерическим нексусом и инициирует взаимодействия с интегрированным комплексом между N-концевым цистеин-богатым линкером (S4-S5) и C-концевыми TRP-подобными доменами. [1] Это предотвращает закрытие открытого канала, а не увеличивает вероятность открытия, и приводит к более длительной продолжительности открытого состояния канала. Когда WaTx связан в открытом состоянии, TRPA1 не имеет предпочтения к Ca 2+ по сравнению с Na + , что объясняет более низкую проницаемость кальция. Следовательно, как электрофильные лиганды, так и WaTx вызывают болевую реакцию, но уровни кальция, которые возникают в результате WaTx, слишком низки, чтобы инициировать последующее высвобождение нейропептида и нейрогенное воспаление . [1] [17] [18] Это говорит о том, что WaTx может действовать только для открытия ворот ионного проникновения TRPA1, не расширяя селективный фильтр (расширение селективного фильтра, как предполагается, лежит в основе повышенной кальциевой проницаемости TRPA1 после активации классическими электрофильными раздражителями). [17]

Токсичность

WaTx вызывает острую термическую и механическую гиперчувствительность . Эта реакция была фенотипически доказана путем инъекции WaTx в заднюю лапу мышей, что приводит к дозозависимому ноцифенсионному поведению. Однако WaTx не вызывает локального отека, типичного для вредных электрофилов. Это отсутствие отека указывает на то, что WaTx не способствует высвобождению пептида, связанного с геном кальцитонина (CGRP) — отличительного признака нейрогенного воспаления. [1]

Уход

Непосредственной опасности после укуса австралийского черного скального скорпиона нет. Рану следует промыть и очистить, после чего обратиться за медицинской помощью. [19]

Терапевтическое использование

До сих пор не существует фармакологических препаратов, основанных на (способе действия) WaTx. Однако понимание механизмов взаимодействия WaTx с TRPA1 может помочь в разработке терапевтических средств, нацеленных на TRPA1, который считается перспективной целью для лечения боли, зуда и нейрогенных воспалительных синдромов, включающих ноцицепцию . [1] [20] [21] [22]

Ссылки

  1. ^ abcdefghijklmnopq Лин Кинг, Джон В.; Эмрик, Джошуа Дж.; Келли, Марк Дж. С.; Герциг, Волкер; Кинг, Гленн Ф.; Медзиградски, Каталин Ф.; Джулиус, Дэвид (сентябрь 2019 г.). «Проникающий в клетки токсин скорпиона обеспечивает специфическую для режима модуляцию TRPA1 и боли». Cell . 178 (6): 1362–1374.e16. doi :10.1016/j.cell.2019.07.014. PMC  6731142 . PMID  31447178.
  2. ^ Jordt, Sven-Eric; Bautista, Diana M.; Chuang, Huai-hu; McKemy, David D.; Zygmunt, Peter M.; Högestätt, Edward D.; Meng, Ian D.; Julius, David (январь 2004 г.). «Горчичные масла и каннабиноиды возбуждают сенсорные нервные волокна через канал TRP ANKTM1». Nature . 427 (6971): 260–265. Bibcode :2004Natur.427..260J. doi :10.1038/nature02282. ISSN  0028-0836. PMID  14712238. S2CID  4354737.
  3. ^ Bandell, Michael; Story, Gina M; Hwang, Sun Wook; Viswanath, Veena; Eid, Samer R; Petrus, Matt J; Earley, Taryn J; Patapoutian, Ardem (март 2004 г.). «Вредный холодный ионный канал TRPA1 активируется острыми соединениями и брадикинином». Neuron . 41 (6): 849–857. doi : 10.1016/S0896-6273(04)00150-3 . PMID  15046718.
  4. ^ Камаргос, Талита Соарес; Рестано-Кассулини, Рита; Поссани, Луриваль Домингос; Пеньер, Стив; Титгат, Ян; Шварц, Карлос Альберто; Алвес, Эрика Мария С; де Фрейтас, Соня Мария; Шварц, Элизабет Феррони (июль 2007 г.). «Новая каппа-КТх 2.5 от скорпиона Opisthacanthus cayaporum». Пептиды . 32 (7): 1509–1517. doi : 10.1016/j.peptides.2011.05.017 . ПМИД  21624408.
  5. ^ abc Quintero-Hernández, V.; Jiménez-Vargas, JM; Gurrola, GB; Valdivia, HH; Possani, LD (декабрь 2013 г.). «Компоненты яда скорпиона, влияющие на функцию ионных каналов». Toxicon . 76 : 328–342. doi :10.1016/j.toxicon.2013.07.012. PMC 4089097 . PMID  23891887. 
  6. ^ Сильва, Педро И.; Даффре, Сирлей; Булет, Филипп (27 октября 2000 г.). «Выделение и характеристика гомесина, 18-остаточного цистеин-богатого защитного пептида из гемоцитов паука Acanthoscurria gomesiana с последовательностью, схожей с антимикробными пептидами подковообразного краба семейства тахиплезинов». Журнал биологической химии . 275 (43): 33464–33470. doi : 10.1074/jbc.M001491200 . ISSN  0021-9258. PMID  10942757.
  7. ^ Шринивасан, Келлатур Н.; Шивараджа, Вайтиялингам; Хейс, Изабель; Сасаки, Тору; Ченг, Бетти; Кумар, Таллампуранам Кришнасвами С.; Сато, Казуки; Титгат, Ян; Ю, Чин; Сан, Б. Чиа Ченг; Ранганатан, Шоба (16 августа 2002 г.). «κ-Хефутоксин1, новый токсин скорпиона Heterometrus fulvipes с уникальной структурой и функцией: ВАЖНОСТЬ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИАДА В СЕЛЕКТИВНОСТИ КАЛИЙНЫХ КАНАЛОВ». Журнал биологической химии . 277 (33): 30040–30047. дои : 10.1074/jbc.M111258200 . ISSN  0021-9258. PMID  12034709.
  8. ^ "Молекулярный вес белка". www.bioinformatics.org . Получено 2019-10-05 .
  9. ^ Вивес, Эрик; Бродин, Присцилла; Лебле, Бернар (1997-06-20). «Усеченный базовый домен белка Tat ВИЧ-1 быстро перемещается через плазматическую мембрану и накапливается в ядре клетки». Журнал биологической химии . 272 ​​(25): 16010–16017. doi : 10.1074/jbc.272.25.16010 . ISSN  0021-9258. PMID  9188504.
  10. ^ Франкель, Алан Д.; Пабо, Карл О. (декабрь 1988 г.). «Клеточное поглощение белка tat вируса иммунодефицита человека». Cell . 55 (6): 1189–1193. doi : 10.1016/0092-8674(88)90263-2 . ​​PMID  2849510.
  11. ^ Жолио, Ален; Прохиантц, Ален (март 2004 г.). «Трансдукционные пептиды: от технологии к физиологии». Nature Cell Biology . 6 (3): 189–196. doi :10.1038/ncb0304-189. ISSN  1465-7392. PMID  15039791. S2CID  27242169.
  12. ^ Гвидотти, Джулия; Брамбилла, Лилиана; Росси, Даниэла (апрель 2017 г.). «Пептиды, проникающие в клетки: от фундаментальных исследований до клиники». Тенденции в фармакологических науках . 38 (4): 406–424. doi :10.1016/j.tips.2017.01.003. PMID  28209404.
  13. ^ Зимова, Люси; Синица, Виктор; Кадкова, Анна; Выкличка, Ленка; Зима, Властимил; Барвик, Иван; Влахова, Виктория (23 января 2018 г.). «Внутриклеточная полость сенсорного домена контролирует аллостерическое ворота канала TRPA1». Научная сигнализация . 11 (514): eaan8621. doi : 10.1126/scisignal.aan8621 . ISSN  1945-0877. ПМИД  29363587.
  14. ^ Бахия, Пармвир К.; Паркс, Томас А.; Стэнфорд, Кэтрин Р.; Митчелл, Дэвид А.; Варма, Самир; Стивенс, Стэнли М.; Тейлор-Кларк, Томас Э. (июнь 2016 г.). «Исключительно высокая реактивность Cys 621 имеет решающее значение для электрофильной активации сенсорного нервного ионного канала TRPA1». Журнал общей физиологии . 147 (6): 451–465. doi :10.1085/jgp.201611581. ISSN  0022-1295. PMC 4886278. PMID 27241698  . 
  15. ^ Hinman, A.; Chuang, H.-h.; Bautista, DM; Julius, D. (2006-12-19). "Активация канала TRP обратимой ковалентной модификацией". Труды Национальной академии наук . 103 (51): 19564–19568. Bibcode : 2006PNAS..10319564H. doi : 10.1073/pnas.0609598103 . ISSN  0027-8424. PMC 1748265. PMID 17164327  . 
  16. ^ Macpherson, Lindsey J.; Dubin, Adrienne E.; Evans, Michael J.; Marr, Felix; Schultz, Peter G.; Cravatt, Benjamin F.; Patapoutian, Ardem (февраль 2002 г.). «Вредные соединения активируют ионные каналы TRPA1 посредством ковалентной модификации цистеинов». Nature . 445 (7127): 541–545. doi :10.1038/nature05544. ISSN  0028-0836. PMID  17237762. S2CID  4344572.
  17. ^ ab Чжао, Цзяньхуа; Кинг, Джон В. Линь; Чэн, Ифань; Джулиус, Дэвид (2019-12-27). «Механизмы, управляющие активацией, вызванной раздражителем, и кальциевой модуляцией TRPA1». bioRxiv : 2019.12.26.888982. doi : 10.1101/2019.12.26.888982 .
  18. ^ Чжао, Цзяньхуа; Лин Кинг, Джон В.; Полсен, Кэндис Э.; Ченг, Ифань; Юлиус, Дэвид (08 июля 2020 г.). «Вызванная раздражением активация и модуляция кальция рецептора TRPA1». Природа . 585 (7823): 141–145. Бибкод : 2020Natur.585..141Z. дои : 10.1038/s41586-020-2480-9. ISSN  0028-0836. ПМЦ 7483980 . ПМИД  32641835. 
  19. ^ Isbister, Geoffrey K.; Volschenk, Erich S.; Balit, Corrine R.; Harvey, Mark S. (июнь 2003 г.). «Укусы австралийских скорпионов: перспективное исследование определенных укусов». Toxicon . 41 (7): 877–883. doi :10.1016/S0041-0101(03)00065-5. PMID  12782088.
  20. ^ Джулиус, Дэвид (2013-10-06). «TRP Channels and Pain». Annual Review of Cell and Developmental Biology . 29 (1): 355–384. doi :10.1146/annurev-cellbio-101011-155833. ISSN  1081-0706. PMID  24099085. S2CID  32380825.
  21. ^ Баутиста, Диана М.; Джордт, Свен-Эрик; Никай, Тетсуро; Цуруда, Памела Р.; Рид, Эндрю Дж.; Поблете, Джинни; Ямоа, Эбенезер Н.; Басбаум, Аллан И.; Джулиус, Дэвид (март 2006 г.). «TRPA1 опосредует воспалительное действие раздражителей окружающей среды и проалгезирующих агентов». Cell . 124 (6): 1269–1282. doi : 10.1016/j.cell.2006.02.023 . PMID  16564016.
  22. ^ Андерссон, ДА; Джентри, К.; Мосс, С.; Беван, С. (2008-03-05). «Транзиентный рецепторный потенциал A1 — сенсорный рецептор для множественных продуктов окислительного стресса». Журнал нейронауки . 28 (10): 2485–2494. doi :10.1523/JNEUROSCI.5369-07.2008. ISSN  0270-6474. PMC 2709206. PMID 18322093  .