Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Latrotoxin представляет собой высокопроизводительное массу молекулярного нейротоксин нашли в яде пауков из рода Latrodectus (пауки вдовы) , а также в яде видов пауков, Steatoda Nobilis . [1] Латротоксины являются основными активными компонентами яда и ответственны за симптомы латродектизма .

Были описаны следующие латротоксины: пять инсектицидных токсинов, называемых α, β, γ, δ и ε-латроинсектотоксины, один нейротоксин , специфичный для позвоночных , альфа-латротоксин и один токсин, влияющий на ракообразных , α-латрокрустатоксин. [2]

α-Латротоксин [ править ]

Наиболее изученным латротоксином является альфа-латротоксин, который действует пресинаптически, высвобождая нейротрансмиттеры (включая ацетилхолин ) из сенсорных и моторных нейронов, а также на эндокринные клетки (например, для высвобождения инсулина ). [3] Это белок ~ 130 кДа, который существует в основном в димеризованной или тетрамеризованной формах.

α-Латротоксин ( α-LTX ) естественным образом можно найти у пауков-вдов из рода Latrodectus . Наиболее известные из этих пауков - черные вдовы, Latrodectus mactans . [4] Яд пауков- вдов ( Latrodectus ) содержит несколько белковых токсинов, называемых латротоксинами, которые избирательно нацелены против позвоночных , насекомых или ракообразных . Один из этих токсинов - альфа-латротоксин, избирательно нацелен на позвоночных; неэффективен у насекомых и ракообразных. α-LTX имеет высокое сродство к рецепторам, специфичным для нейрональных и эндокринных клеток позвоночных. [5]

Биосинтез [ править ]

По мере того как последовательность ДНК α-LTX транскрибируется и транслируется, образуется неактивная молекула-предшественник α-LTX (156,9 кДа). Эта молекула-предшественник подвергается посттрансляционному процессингу, при котором в конечном итоге образуется активный белок α-LTX (131,5 кДа). [6]

N-концу молекулы-предшественника α-LTX предшествуют короткие гидрофильные последовательности, заканчивающиеся кластером основных аминокислот. Эти кластеры распознаются протеолитическими ферментами (фуриноподобными протеазами ), которые расщепляют и активируют молекулы-предшественники α-LTX посредством гидролиза. С-конец также распознается этими фуриноподобными протеазами и также расщепляется. [6]

Молекулы-предшественники α-LTX синтезируются свободными рибосомами в цитозоле и, следовательно, являются цитозольными в секреторных эпителиальных клетках ядовитых желез. [6] [7] Однако они могут связываться с секреторными гранулами, хотя они не поглощаются просвет гранул. Цитозольная молекула-предшественник α-LTX высвобождается из клетки посредством секреции голокрина, где она попадает в ядовитую железу паука. Эта железа содержит несколько протеаз, участвующих в расщеплении молекулы-предшественника α-LTX. [8]

Третичную структуру белка α-LTX можно разделить на три части: N-концевое крыло (36 кДа), [7] тело (76 кДа), [7] и С-концевую головку (18,5 кДа). [7] Из-за С-концевых анкириновых повторов, которые опосредуют белок-белковые взаимодействия, мономер α-LTX образует димер с другим мономером α-LTX при нормальных условиях. [8] Образование тетрамера активирует токсичность. [7]

Токсикокинетика [ править ]

α-LTX влияет на двигательные нервные окончания и эндокринные клетки. Никакая основная ферментативная активность не связана. [7] Вместо этого токсин может образовывать поры в липидных мембранах и вызывать поток ионов Ca 2+ . Возникновение эффектов интоксикации может происходить с лаг-периодом от 1 до 10 минут, даже при субнаномолярных уровнях концентрации. При наномолярных концентрациях происходят всплески высвобождения нейромедиаторов. После всплесков вступают в силу длительные периоды устойчивого высвобождения. [7] [9]

Стимуляция малых потенциалов действия концевой пластинки первоначально индуцируется нейротоксином, в то время как позже нейротрансмиссия блокируется в нервно-мышечном соединении. Это связано с истощением содержимого синаптических пузырьков. [10]

Токсикодинамика [ править ]

α-LTX в своей тетрамерной форме взаимодействует с рецепторами ( нейрексинами и латрофилинами ) на мембране нейронов, что вызывает встраивание α-LTX в мембрану.

Как только тетрамер внедряется в клеточную мембрану, могут возникать два механизма действия. Во-первых, вставка может привести к образованию пор и, возможно, другим эффектам, а во-вторых, рецептор может быть активирован, что приводит к внутриклеточной передаче сигналов. [8] Четыре головки тетрамера образуют чашу, окружающую пору, которая в одной точке ограничена 10 Å. [7] Миллимолярные концентрации Ca 2+ и Mg 2+ сильно катализируют образование тетрамера, предполагая, что тетраметрическое состояние зависит от двухвалентного катиона, в то время как EDTA способствует образованию димера. Исследования также показывают, что концентрации La 3+ выше 100 мкМ также блокируют тетрамеризацию. [7]Образование пор может происходить в чистых липидных мембранах, но восстановленные рецепторы значительно увеличивают порообразование. Биологические мембраны блокируют порообразование при отсутствии рецепторов α-LTX (нейрексин, латрофилин, PTPσ). [7] Также известно, что три высококонсервативных остатка цистеина участвуют в связывании рецептора α-LTX, поскольку мутанты, содержащие серин вместо остатков цистеина, не вызывают токсичности. [7] N-концевой домен должен правильно складываться, в котором дисульфидные связи должны быть функциональными. Токсин α-LTX связывается небольшим белком, LMWP или латродектином. Было замечено, что образование пор в липидных бислоях невозможно, когда латродектин недоступен. Лактродектин не влияет на токсичность α-LTX. [7]

Формирование пор [ править ]

Поры, образованные α-LTX в мембране, проницаемы для Ca 2+ и, следовательно, обеспечивают приток Ca 2+ в клетку. Этот приток в возбудимую клетку напрямую и эффективно стимулирует экзоцитоз. Приток катионов пропорционален количеству пор и, следовательно, количеству задействованных рецепторов, экспрессируемых на клеточной мембране. Также Ca 2+ сильно облегчает образование тетрамеров и, следовательно, их порообразование. Пора также проницаема для нейромедиаторов, что вызывает массовую утечку пула нейромедиаторов в цитозоль . [8]

Наряду с притоком Ca 2+ канал не очень избирательный, позволяя Na + , K + , Ba 2+ , Sr 2+ , Mg 2+ , Li + и Cs + также проходить через мембрану. Пора открыта большую часть времени с вероятностью открытия 0,8. Большинство трехвалентных катионов блокируют каналы при 50–100 мкМ, такие как Yb 3+ , Gd 3+ , Y 3+ , La 3+ и Al 3+ . [7]

Пора проницаема не только для катионов, но и для воды. Это вызывает отек нервных окончаний. Дальнейшие нарушения мембранного потенциала происходят из-за проницаемости небольших молекул, таких как нейротрансмиттеры и АТФ, для прохождения через поры α-LTX.

Проникновение через мембрану

Хотя формирование тетрамерных пор α-латротоксина было окончательно показано [ необходима цитата ] , некоторые авторы все еще спорят, является ли это основным способом действия α-латротоксина, и считают, что α-латротоксин (тетрамерный или нет) может проникать через мембрану. клеток-мишеней для непосредственного взаимодействия с внутриклеточным механизмом высвобождения нейротрансмиттеров. [ необходима цитата ]

Рецепторы [ править ]

Предлагается следующий механизм действия, опосредованного рецепторами. Описаны три рецептора α-латротоксина:

  • нейрексин
  • латрофилин (он же CIRL, кальций-независимый рецептор латрофилина)
  • протеинтирозинфосфатаза сигма (PTPσ).

Токсин стимулирует рецептор, скорее всего, латрофилин, который представляет собой рецептор, связанный с G-белком, связанный с Gαq / 11. Последующим эффектором Gαq / 11 является фосфолипаза C (PLC). При активации PLC увеличивается цитозольная концентрация IP3, что, в свою очередь, вызывает высвобождение Ca 2+ из внутриклеточных запасов. Это повышение цитозольного Ca 2+ может увеличить вероятность высвобождения и скорость спонтанного экзоцитоза. [8] Латрофилин с α-LTX может индуцировать активацию протеинкиназы C (PKC). PKC отвечает за фосфорилирование белков SNARE. Таким образом, латрофилин с α-LTX вызывает эффект экзоцитоза транспортных везикул. Необходимо открыть точный механизм. [11]

Сигнализация

Помимо основных эффектов образования пор α-латротоксина, другие эффекты α-латротоксина опосредуются взаимодействием с латрофилином и внутриклеточной передачей сигналов (см. «Передача сигналов» ). [ необходима цитата ]

Взаимосвязь структурной деятельности (SAR) [ править ]

Димер α-LTX природного происхождения должен образовывать тетрамер, чтобы быть токсичным. Тетрамеризация происходит только в присутствии двухвалентных катионов (таких как Ca 2+ или Mg 2+ ) или амфипатических молекул. Четыре мономера, образующие этот тетрамер, симметрично расположены вокруг центральной оси, напоминая четырехлопастной пропеллер диаметром 250 Å и толщиной 100 Å. Домены головы образуют компактную центральную массу, объединенную и окруженную доменами тела. Крылья стоят перпендикулярно оси тетрамера. Благодаря этой форме тетрамер содержит в центральной массе канал грушевидной формы. На нижнем конце диаметр этого канала составляет 25 Å, затем расширяется до 36 Å и сужается до 10 Å наверху. [7] [8]

Основание тетрамера (ниже крыльев) имеет глубину 45 Å и является гидрофобным, что способствует внедрению в клеточную мембрану. Кроме того, введение тетрамера возможно только в присутствии определенных рецепторов (в основном нейрексина Iα и латрофилина и в меньшей степени PTPσ) на мембране. Нейрексин Iα опосредует вставку только в присутствии Ca 2+ , тогда как латрофилин и PTPσ могут опосредовать вставку без присутствия Ca 2+ . [8] Таким образом, благодаря каналу и встраиванию в клеточную мембрану белок делает клетку более проницаемой для веществ, которые могут проходить через канал. Эти вещества представляют собой одно- и двухвалентные катионы, нейромедиаторы, флуоресцентные красители и АТФ. [8]

Токсичность [ править ]

LD50 α-LTX у мышей составляет 20-40 мкг / кг массы тела. [8]

LD50 яда Latrodectus в мг / кг для различных видов: лягушка = 145, черный дрозд = 5,9, канарейка = 4,7, таракан = 2,7, цыпленок = 2,1, мышь = 0,9, комнатная муха = 0,6, голубь = 0,4, морская свинка = 0,1. . [12]

Научный вклад [ править ]

αLTX помог подтвердить гипотезу везикулярного транспорта о высвобождении медиатора, установить потребность в Ca 2+ для везикулярного экзоцитоза и охарактеризовать отдельные участки высвобождения медиатора в центральной нервной системе. Это помогло идентифицировать два семейства важных рецепторов нейронных клеток. [8]

Мутантная форма αLTX, которая называется αLTXN4C и не образует пор, внесла свой вклад в исследования. Это помогло в расшифровке механизма внутриклеточной передачи сигналов, стимулируемого αLTX. Мутантный токсин также можно использовать для изучения природы и свойств внутриклеточных хранилищ Ca 2+, участвующих в пути трансдукции токсинового рецептора, и их влияния на вызванные постсинаптические потенциалы. Мутантный токсин также может быть инструментом для выяснения эндогенных функций αLTX. [8]

Другие компоненты яда [ править ]

Естественной добычей пауков-вдов являются насекомые, в их яде содержится несколько инсектотоксинов. Латроинсектотоксины имеют похожую структуру. [13]

Высокомолекулярные белки, выделенные из средиземноморской черной вдовы ( L. tredecimguttatus ), включают специфические для насекомых нейротоксины α-латроинсектотоксин и δ-латроинсектотоксин, нейротоксин, влияющий на ракообразных, известный как латрокрустатоксин, и небольшие пептиды , ингибирующие ангиотензин-1. -превращающий фермент . [2]

Помимо латротоксинов с высокой молекулярной массой, описанных выше, яд Latrodectus также содержит белки с низкой молекулярной массой [14] , функция которых еще полностью не изучена, но может участвовать в облегчении внедрения латротоксинов в мембрану. [15]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Данбар, Джон П .; Форт, Антуан; Редюро, Дэмиен; Сюльпис, Ронан; Dugon, Michel M .; Куинтон, Лоик (июнь 2020 г.). «Подход Venomics показывает высокую долю Lactrodectus-подобных токсинов в яде благородного паука-ложной вдовы Steatoda nobilis» . Токсины . 12 (6): 402. DOI : 10,3390 / toxins12060402 .
  2. ^ а б Гришин Е.В. (ноябрь 1998 г.). «Токсины паука черной вдовы: настоящее и будущее». Токсикон . 36 (11): 1693–701. DOI : 10.1016 / S0041-0101 (98) 00162-7 . PMID 9792186 . 
  3. ^ Südhof ТС (2001). «Альфа-латротоксин и его рецепторы: нейрексины и CIRL / латрофилины» . Анну. Rev. Neurosci . 24 : 933–62. DOI : 10.1146 / annurev.neuro.24.1.933 . PMID 11520923 . 
  4. ^ Südhof, ТЦ (2001). «Альфа-латротоксин и его рецепторы: нейрексины и CIRL / латрофилины» . Ежегодный обзор нейробиологии . 24 : 933–62. DOI : 10.1146 / annurev.neuro.24.1.933 . PMID 11520923 . 
  5. ^ Ушкарев Ю.А.; Волынский, К.Е .; Эштон, AC (апрель 2004 г.). «Множественные действия токсинов паука черной вдовы и их избирательное использование в исследованиях нейросекреции». Токсикон . 43 (5): 527–42. DOI : 10.1016 / j.toxicon.2004.02.008 . PMID 15066411 . 
  6. ^ a b c Ушкарев Ю.А. Волынский, К.Е .; Эштон, AC (апрель 2004 г.). «Множественные действия токсинов паука черной вдовы и их избирательное использование в исследованиях нейросекреции». Токсикон . 43 (5): 527–42. DOI : 10.1016 / j.toxicon.2004.02.008 . PMID 15066411 . 
  7. ^ Б с д е е г ч я J к л м н Ushkaryov, Ю.А.; Роху, А; Сугита, S (2008). альфа-латротоксин и его рецепторы . Справочник по экспериментальной фармакологии. 184 . С. 171–206. DOI : 10.1007 / 978-3-540-74805-2_7 . ISBN 978-3-540-74804-5. PMC  2519134 . PMID  18064415 .
  8. ^ Б с д е е г ч я J K Ushkaryov, YA; Волынский, К.Е .; Эштон, AC (апрель 2004 г.). «Множественные действия токсинов паука черной вдовы и их избирательное использование в исследованиях нейросекреции». Токсикон . 43 (5): 527–42. DOI : 10.1016 / j.toxicon.2004.02.008 . PMID 15066411 . 
  9. ^ Хенкель, AW; Шанкаранараян С (май 1999 г.). «Механизмы действия альфа-латротоксина». Клеточные и тканевые исследования . 296 (2): 229–33. DOI : 10.1007 / s004410051284 . PMID 10382267 . 
  10. Перейти ↑ Peterson, ME (ноябрь 2006 г.). "Яд паука черной вдовы". Клинические методы в практике мелких животных . 21 (4): 187–90. DOI : 10,1053 / j.ctsap.2006.10.003 . PMID 17265903 . 
  11. ^ Хирамацу, H; Тадокоро, S; Наканиши, М; Хирасима, Северная Каролина (декабрь 2010 г.). «Латротоксин-индуцированный экзоцитоз в тучных клетках, трансфицированных латрофилином». Токсикон . 56 (8): 1372–80. DOI : 10.1016 / j.toxicon.2010.08.002 . PMID 20708026 . 
  12. Перейти ↑ Jelinek, GA (ноябрь 1997 г.). «Яд пауков-вдов (латродектизм): всемирная проблема» . Дикая природа и экологическая медицина . 8 (4): 226–31. DOI : 10,1580 / 1080-6032 (1997) 008 [0226: WSELAW] 2.3.CO; 2 . PMID 11990169 . 
  13. ^ Rohou A, Нильд J, Ushkaryov YA (март 2007). «Инсектицидные токсины из яда паука черной вдовы» . Токсикон . 49 (4): 531–49. DOI : 10.1016 / j.toxicon.2006.11.021 . PMC 2517654 . PMID 17210168 .  
  14. ^ Гаспарини С., Кияткин Н., Древет П. и др. (Август 1994 г.). «Белок с низким молекулярным весом, который очищается совместно с альфа-латротоксином, структурно связан с гипергликемическими гормонами ракообразных» . J. Biol. Chem . 269 (31): 19803–9. PMID 8051061 . 
  15. ^ Граудинс, Андис; Литтл, Мишель Дж .; Pineda, Sandy S .; Hains, Peter G .; Кинг, Гленн Ф .; Броуди, Кевин В .; Николсон, Грэм М. (1 января 2012 г.). «Клонирование и активность нового α-латротоксина из яда красного паука». Биохимическая фармакология . 83 (1): 170–183. DOI : 10.1016 / j.bcp.2011.09.024 . hdl : 10453/18571 . PMID 22001442 .