Poneratoksyna - Poneratoxin

Poneratoksyna
Identyfikatory
Symbol Poneratoksyna
SCOP2 1G92 / zakres / SUPFAM
Nadrodzina OPM 151
Białko OPM 1g92

Poneratoksyna jest paraliżującym neurotoksycznym peptydem wytwarzanym przez mrówkę kulistą Paraponera clavata . Zapobiega dezaktywacji bramkowanych napięciem kanałów sodowych, a tym samym blokuje transmisję synaptyczną w ośrodkowym układzie nerwowym . W szczególności poneratoksyna działa na kanały sodowe bramkowane napięciem we włóknach mięśni szkieletowych , powodując paraliż, a włókna nocyceptywne , powodując ból. Jest oceniany jako 4 plus na wskaźniku bólu po użądleniu Schmidta , najwyższa możliwa ocena w tym systemie, a jego działanie może powodować fale bólu do dwunastu godzin po pojedynczym użądleniu. Schmidt opisuje to jako „czysty, intensywny, olśniewający ból… jak chodzenie po płonącym węglu drzewnym z trzycalowym gwoździem wbitym w piętę”. Jest dodatkowo badany pod kątem zastosowania w biologicznych insektycydach.

Mechanizm akcji

Schemat przedstawia normalnie otwarte i nieaktywne kanały sodowe bramkowane napięciem po lewej stronie. Po związaniu poneratoksyny, kanał sodowy jest zmuszony do pozostawania w stanie otwartym, niezdolnym do dezaktywacji. Prowadzi to do przedłużenia potencjałów czynnościowych, co jest związane z bólem spowodowanym użądleniem mrówek pocisków.

Ogólnie rzecz biorąc, poneratoksyna zaburza normalne funkcjonowanie kanałów sodowych bramkowanych napięciem zarówno u kręgowców, jak i bezkręgowców . Powoduje powtarzalne odpalanie i wydłużenie potencjałów czynnościowych , szczególnie w ośrodkowym układzie nerwowym owadów. Wzrost sygnalizacji powoduje intensywny ból spowodowany użądleniem mrówek pocisków .

Poneratoksyna jest w stanie nieaktywnym, gdy jest przechowywana w zbiorniku z jadem mrówek z powodu kwaśnych warunków w zbiorniku, ale staje się toksyczna po aktywacji w wieloetapowym procesie. Połączenie wiązania poneratoksyny z błoną komórkową (w celu oddziaływania na kanał sodowy bramkowany napięciem) i przejście od warunków kwasowych w zbiorniku jadu mrówek do warunków zasadowych w miejscu docelowym prowadzi do zmiany konformacji poneratoksyny, która ją aktywuje .

Catterall i in. wysunęli hipotezę, że niektóre neurotoksyny polipeptydowe, które modyfikują kanały bramkowane napięciem, działają poprzez mechanizm „pułapkowania czujnika napięcia”. Hipoteza zakłada, że ​​neurotoksyny podobne do poneratoksyny, takie jak toksyny alfa-skorpiona , działają na kanały sodowe poprzez wiązanie się z miejscem receptorowym kanałów 3, co normalnie wpływa na zdolność kanałów do inaktywacji. Dlatego neurotoksyny w miejscu receptora 3 często wpływają na kanały sodowe, spowalniając lub blokując inaktywację. Zwykle region kanału, w którym znajduje się miejsce 3 receptora neurotoksyny, ulega konformacyjnej zmianie ruchu na zewnątrz, prowadzącego do inaktywacji. Neurotoksyny w miejscu receptora 3 są proponowane do zapobiegania tej zmianie konformacyjnej poprzez oddziaływanie z kwasowymi i hydrofobowymi resztami aminokwasowymi w tym miejscu.

Gdy włókna mięśni szkieletowych żaby zostały wystawione na działanie poneratoksyny, odkryto, że poneratoksyna wpływała przede wszystkim na zależne od napięcia kanały sodowe, zmniejszając szczytowy prąd sodowy, a także indukując powolny prąd sodowy. Ta kombinacja spowodowała aktywację kanałów sodowych przy bardzo ujemnych potencjałach i bardzo powolną dezaktywację, zjawisko powszechnie obserwowane w tkankach pobudliwych. Poneratoxin jest uważany za powolne działanie agonisty na mięśnie gładkie .

Struktura

Peptyd poneratoksyny jest przechowywany w nieaktywnym 25-resztowym peptydzie (sekwencja aminokwasowa FPLLLILGSLLMTPPVIQAIHDAQR) w zbiorniku jadu Paraponera clavata . Struktura drugorzędowa charakteryzuje się motywem helisa-turn-helix : dwie alfa helisy połączone beta-turnem .

Wprowadzenie poneratoksyny do błony komórkowej. Niebieskie regiony są hydrofilowe, a czerwone są hydrofobowe

Dwie helisy alfa są utworzone przez reszty 3-9 na końcu N, a reszty 17-24 na końcu C i są połączone przez zwrot beta na resztach 11-16. Z perspektywy trójwymiarowej ta struktura tworzy preferencyjny kształt litery V z dwiema helisami przechodzącymi ze sobą luźne niekowalencyjne interakcje. Jest to godne uwagi ze względu na podobieństwo strukturalne do innych peptydów, które oddziałują z błoną i wskazuje, że poneratoksyna będzie również oddziaływać z błoną, a tym samym wpływać na osadzone kanały sodowe bramkowane napięciem . Ponadto struktura peptydu przesuwa się z nieuporządkowanej spirali do strukturyzowanej helisy-skręt-helisa po wprowadzeniu do środowiska dwuwarstwy lipidowej , co wskazuje, że motyw ten jest ważny dla interakcji z błoną.

Jednak dwie alfa helisy mają wyraźnie różne cechy. N-końcowa alfa helisa jest niepolarna, zawiera centralny hydrofobowy rdzeń z hydrofilowymi resztami na każdym końcu i jest nienaładowana. Ma podobną strukturę do transbłonowego peptydu sygnałowego i oznacza, że ​​zakotwiczy się w błonie poprzez zakopanie hydrofobowego rdzenia w dwuwarstwie. W szczególności obszerna i bardzo hydrofobowa reszta fenyloalaniny jest ważna dla oddziaływania z nienaładowanymi dwuwarstwami lipidowymi, takimi jak te złożone z fosfatydylocholiny . C-końcowa alfa helisa jest amfipatyczna, z jedną stroną wyświetlającą reszty polarne i naładowane, a drugą wyświetlającą reszty niepolarne, co napędza wstawianie do błony plazmatycznej. W szczególności wykazano , że dodatnio naładowane reszty argininy i niepolarnej alaniny mają zasadnicze znaczenie dla siły działania poneratoksyny. Zobacz rysunek, na którym hydrofobowe (czerwone) i hydrofilowe (niebieskie) regiony poneratoksyny i dwuwarstwy lipidowej dopasowują się, pokazując, że struktura ewoluuje, aby wstawić się do błony, co będzie promować interakcję z kanałami sodowymi bramkowanymi napięciem .

Toksykologia

Wiele osób uważa użądlenie mrówki kulistej za przypominające wrażenie postrzelenia. Justin Schmidt , entomolog, który opracował wskaźnik bólu użądlenia Schmidta , opisał go jako „czysty, intensywny, olśniewający ból… jak chodzenie po płonącym węglu drzewnym z trzycalowym gwoździem osadzonym w pięcie” i rozważa ukłucie od kuli być najbardziej bolesnym użądleniem owada, jakiego doświadczył. Ból spowodowany użądleniem mrówek pocisku może trwać wiele godzin, nawet do 24 godzin. Zarówno ogromny ból, jak i czas trwania użądlenia są spowodowane działaniem poneratoksyny. Oprócz notorycznego bólu, objawy użądlenia przez mrówki kuliste (a także użądlenia innych mrówek z rodzaju Paraponera oraz z rodzaju Dinoponera ) obejmują gorączkę, zimne poty, nudności, wymioty, powiększenie węzłów chłonnych i zaburzenia rytmu serca .

Testy toksyczności odkryli, że LT 50 z poneratoxin, dostarczane poprzez zastrzyki wirusowej S. frugiperda larw była w 131 godzin po wstrzyknięciu. Dawka 10 5 pfu z poneratoxin wystarcza do zabicia S. frugiperda larw, a dawka 10 ng mógł ich paraliżu. Na podstawie tych doświadczeń, naukowcy uważają poneratoxin można dokonać dobrego kandydata jako bio- insektycyd z powodu jego neurotoksyczności dla innych owadów, dzięki czemu jest w stanie unieruchomienia lub nawet zabija owady zakażone nią. Zaproponowano wytwarzanie zrekombinowanego wirusa przez inżynierię bakulowirusa, który wyraża poneratoksynę.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki