Дельта-атракотоксин
Полипептид, обнаруженный в яде сиднейского воронкового паука
Дельта-атракотоксин
3D-модель дельта-атракотоксина-Ar1 (робутоксина)
Идентификаторы
СимволАтракотоксин
ПфамПФ05353
ИнтерПроIPR008017
СКОП21qdp / SCOPe / SUPFAM
суперсемейство OPM112
белок ОПМ1vtx
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры

Дельта-атракотоксин ( δ-ACTX-Ar1 , робустотоксин или робустотоксин ) — низкомолекулярный нейротоксичный полипептид , обнаруженный в яде сиднейского воронкового паука ( Atrax robustus ).

Дельта-атракотоксин вызывает потенциально фатальные нейротоксические симптомы у приматов , замедляя инактивацию каналов ионов натрия в автономных и двигательных нейронах . В предполагаемой добыче пауков насекомых токсин оказывает такое же действие на каналы ионов калия и кальция . [1]

Структура атракотоксина включает в себя основную бета-область с мотивом цистинового узла , особенность, наблюдаемую в других нейротоксичных полипептидах. [1] [2]

История

С 1927 года ведутся записи об отравлениях людей сиднейским воронковым пауком, и в медицинской литературе было зарегистрировано 14 случаев смерти в период с 1927 по 1981 год, когда стало доступно противоядие . Во всех случаях, когда был определен пол паука, смерть наступала после укуса самца паука. [3]

Структура

Дельта-атракотоксин — это 42-остаточный пептидный токсин с химической формулой C 206 H 313 N 59 O 59 S 9 . [4] Аминокислотная последовательность дельта-атракотоксина необычна тем, что содержит три последовательных остатка цистеина в положениях 14–16. Аминокислотная последовательность дельта-атракотоксина следующая:

CAKKRNWCGK NEDCCCPMKC IYAWYNQQGS CQTTITGLFK KC

Цистеиновые мостики существуют между Cys1 и Cys15, Cys8 и Cys20, Cys14 и Cys31, а также Cys16 и Cys42.

Структура состоит из небольшого трехцепочечного бета-слоя, стабилизированного дисульфидным узлом, за которым следует C-концевое расширение, включающее три классических или обратных y-поворота. Дисульфидный узел представляет собой кольцо, состоящее из двух дисульфидных связей (1-15 и 8-20) и соединительного остова, через который проходит третья дисульфидная связь (14-31). β-слой, определенный на основе межслоевых водородных связей , состоит из остатков 6-8 (цепь I), 19-21 (цепь II) и 29-32 (цепь III) с топологией +2x, —1. Две водородные связи (одна амидная из которых имеет медленно обменивающийся амидный протон) между цепями I и III искажены (расстояние NH до CO между 2,5 и 3,0 A). Между цепями II и III имеется четыре водородные связи (все из которых имеют соответствующие медленно обменивающиеся амидные протоны), три из которых присутствуют в большинстве структур, а одна — в половине структур. Структура содержит ряд обращений цепи. Первое не очень хорошо определено и представляет собой либо β-поворот типа II (Lys3-Asn6), либо y-поворот с центром на Arg5. Обращение цепи II представляет собой y-поворот с центром на Gly9. Обращение цепи III не очень хорошо определено, представляя собой либо β-поворот типа I (Asnn-Cys14), либо обратный y-поворот с центром на Asn11. Обращение цепи IV (Cys15-Met18) не стабилизировано водородной связью, но имеет цис-пептидную связь между Cys16 и Pro17 и напоминает поворот типа Via. Пятое обращение цепи происходит в области остатков 22–28, которые соответствуют критериям петли i2. C-концевое расширение, стабилизированное дисульфидной связью Cys16-Cys42, состоит из трех y-поворотов, VI-VIII, которые являются, соответственно, обратным поворотом, центрированным на Thr33, классическим поворотом, центрированным на Ile35, и обратным поворотом, центрированным на Phe39. Все три водородные связи y-поворота имеют медленно обменивающиеся амидные протоны (хотя это не относится к другим поворотам). Единственный медленно обменивающийся амидный протон, не учтенный консенсусными водородными связями в каком-либо элементе вторичной структуры, — это Gly37 (который водородно связывается с Thr34 в одной из структур). Конформации дисульфидных связей Cys1-Cys15 и Cys8-Cys20 хорошо определены и имеют отрицательные и положительные Xss соответственно; две другие связи имеют более низкие параметры порядка. Гидрофобное ядро ​​RBX ограничено, состоящее в основном из остатков цистеина дисульфидного узла и скрытого Met18. Петля 22-28 содержит один неполярный остаток, Ala23, и три ароматических остатка, Tyr22, Trp24 и Tyr25, и окружена Ile21 на своем N-конце.и Trp7 около его C-конца, поэтому эта область представляет собой значительную неполярную поверхность на молекуле. RBX имеет высокий положительный заряд, с одним остатком Arg (позиция последовательности 5) и шестью остатками Lys (3, 4, 10, 19, 40 и 41), уравновешенными только Glu12 и Asp13. Эти заряженные остатки образуют три участка на поверхности. Участок A состоит из положительно заряженных остатков 3,4 и 5, участок B из остатков 10, 12, 13 и N-конца (включая возможные солевые мостики между Lys10 и Glu12 и Asp13 и N-концом), а участок C из 19, 40, 41 и C-конца. [2]

Механизм действия

Дельта-атракотоксин ответственен за потенциально смертельный синдром отравления, наблюдаемый после отравления воронковым пауком. d-атракотоксины вызывают спонтанное, повторяющееся возбуждение и продление потенциалов действия , что приводит к непрерывному высвобождению нейротрансмиттера ацетилхолина из соматических и вегетативных нервных окончаний. Это приведет к более медленной инактивации потенциалзависимых натриевых каналов и гиперполяризационному сдвигу в зависимости от напряжения активации. Это действие обусловлено потенциалзависимым связыванием с рецепторным участком нейротоксина-3 аналогичным, но не идентичным образом, как у a-токсинов скорпиона и токсинов морского анемона. В токсинах морского анемона и скорпиона комбинации заряженных (особенно катионных) и гидрофобных боковых цепей важны для связывания с их рецепторным участком (участком 3) на натриевом канале. Поэтому не будет удивительным обнаружить, что то же самое относится к дельта-атракотоксину и версутоксину (близкий гомолог дельта-атракотоксина). Дельта-атракотоксин имеет три отдельных заряженных участка на своей поверхности, а также неполярную область, центрированную на петле 22-28. Обе эти структурные особенности могут играть роль в его связывании с потенциалзависимым натриевым каналом, но необходимы дальнейшие исследования для определения того, какие остатки важны для взаимодействия с натриевым каналом, чтобы можно было построить правдоподобную модель его сайта связывания. [2]

Синтетический

Доступность синтетического токсина позволила ученым глубже изучить биологическую активность токсина, что привело к наблюдению, что d-ACTX-Ar1a вызывает повторяющуюся активацию и пролонгацию потенциала действия. Эти действия лежат в основе клинических симптомов, наблюдаемых после отравления, и вносят дополнительный вклад в понимание молекулярной основы действия этого мощного нейротоксина на потенциалзависимых натриевых каналах.

В условиях фиксации напряжения в нейронах ганглия заднего корешка (DRG) было обнаружено, что эффекты синтетического токсина на натриевые токи существенно не отличались от тех, которые ранее сообщались для нативного токсина. Ни нативный, ни синтетический d-ACTX-Ar1a не оказали никакого влияния на ТТХ-резистентные натриевые токи, но оба оказали мощную селективную модуляцию ТТХ-чувствительных натриевых токов, согласующуюся с действиями на рецепторный участок нейротоксина-3. Это включает замедление инактивации натриевых каналов, гиперполяризационный сдвиг в зависимости от напряжения активации и гиперполяризационный сдвиг в стационарной инактивации натриевых каналов.

d-ACTX-Ar1a вызывает продление длительности потенциала действия, сопровождающееся спонтанным повторным срабатыванием, но не деполяризует потенциал покоящейся мембраны. Воздействие на автономную нервную систему, включая рвоту, обильное потоотделение, слюнотечение, слезотечение, выраженную гипертензию с последующей гипотензией, вместе с воздействием на соматическую нервную систему, вызывающим мышечные фасцикуляции и одышку (затрудненное дыхание), предположительно, обусловлено чрезмерным высвобождением трансмиттера. Чтобы идентифицировать поверхность связывания натриевого канала d-ACTX-Ar1a, ученый должен синтезировать аналоги с выбранными изменениями остатков. Исследования будут способствовать более детальному картированию сайта-3, сайта рецептора нейротоксина на натриевом канале, и предоставят данные о структуре и активности, критически важные для определения специфичных для филоспецифических действий этого и родственных атракотоксинов. [2] [5] [6]

Токсичность

Токсичность яда паука зависит от пола паука. Яд самца воронкового паука, по-видимому, в шесть раз сильнее яда самки, основываясь на определении минимальной летальной дозы. Кроме того, разные виды животных, как правило, реагируют на яд по-разному. Например, крысы, кролики и кошки не подвержены укусу самки воронкового паука, тогда как для 20 процентов мышей и морских свинок укус самки был смертельным. Однако укус самца воронкового паука привел к смерти почти всех мышей и морских свинок. Хотя яд самца паука, по-видимому, более сильный, укусы самцов паука вызывают легкие временные эффекты у собак и кошек. Большинство приматов, включая людей, по-видимому, чрезвычайно чувствительны к яду воронкового паука. [7]

LD 50 для мышей сырого яда самцов пауков составил 11,3 мг/кг. Яд самок пауков составил 80 мг/кг. Значение LD 50 чистого дельта-атракотоксина, выделенного из самца паука , составило 0,16 мг/кг при испытании на мышах в возрасте менее 2 дней. [8]

Признаки и симптомы

Укус сиднейского воронкового паука поначалу болезнен из-за больших клыков и кислого pH яда. Если немедленно не начать лечение, симптомы могут проявиться через десять минут после укуса. [3] Может возникнуть гипертония, за которой часто следует длительная гипотония и недостаточность кровообращения. Другие симптомы включают одышку и в конечном итоге дыхательную недостаточность, генерализованные фасцикуляции скелетных мышц , слюнотечение , слезотечение , потоотделение, тошноту, рвоту, диарею , отек легких и боль.

Ход отравления тщательно изучается на приматах, симптомы которых очень похожи на симптомы у людей. В первые 25 минут после отравления возникают нарушения дыхания, которые постепенно усиливаются. Некоторым обезьянам требуется искусственная вентиляция легких. Сначала артериальное давление снижается, но затем быстро повышается, после чего артериальное давление постепенно снижается. Через 40–100 минут наступает тяжелая гипотония. Слезотечение начинается через 6–15 минут и сопровождается слюноотделением. Эти симптомы наиболее выражены в течение 15–35 минут после отравления. Фасцикуляция скелетных мышц начинается через 8–10 минут и достигает пика между 20 и 45 минутами. Она сопровождается повышением температуры тела.

Отравление мужским ядом вызвало в основном те же симптомы, хотя начало симптомов было немного отсрочено. Женский яд также вызывает те же симптомы, но гораздо менее серьезные. [9]

Противоядие

Противоядие было разработано командой под руководством Струана Сазерленда в Commonwealth Serum Laboratories в Мельбурне. С тех пор как противоядие стало доступно в 1981 году, не было зафиксировано ни одного случая смерти от укусов сиднейских воронковых пауков . В сентябре 2012 года сообщалось, что запасы противоядия заканчиваются, и граждан попросили поймать пауков, чтобы их можно было подоить для получения яда. [10] Яд извлекается из пауков, путем осторожного поглаживания их клыков и сбора крошечных капель смертельного яда. Яд необходим для производства противоядия. Одна доза противоядия требует около 70 доек от паука.

Противоядие от воронкового паука готовят из плазмы кроликов, иммунизированных ядом самца воронкового паука ( Atrax robustus ). Каждый флакон продукта содержит 125 единиц противоядия, которое было стандартизировано для нейтрализации 1,25 мг яда воронкового паука. Продукт также содержит глицин и другие белки плазмы кролика.

Противоядие от воронкового паука представляет собой очищенный иммуноглобулин (в основном иммуноглобулин G), полученный из кроличьей плазмы, который содержит специфические антитела против токсичных веществ в яде воронкового паука Atrax robustus . Имеются данные, показывающие, что противоядие эффективно при лечении пациентов, укушенных некоторыми другими воронковыми пауками рода Hadronyche (ранее Atrax ). [11]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Fletcher JI, Chapman BE, Mackay JP, Howden ME, King GF (ноябрь 1997 г.). «Структура версутоксина (дельта-атракотоксин-Hv1) дает представление о связывании нейротоксинов сайта 3 с потенциалзависимым натриевым каналом». Structure . 5 (11): 1525–35. doi : 10.1016/S0969-2126(97)00301-8 . PMID  9384567.
  2. ^ abcd Pallaghy PK, Alewood D, Alewood PF, Norton RS (декабрь 1997 г.). "Структура раствора робутоксина, летального нейротоксина из воронкового паука Atrax robustus". FEBS Letters . 419 (2–3): 191–6. doi :10.1016/S0014-5793(97)01452-X. PMID  9428632.
  3. ^ ab Nicholson GM, Graudins A (сентябрь 2002 г.). «Пауки, имеющие медицинское значение в Азиатско-Тихоокеанском регионе: атракотоксин, латротоксин и родственные нейротоксины пауков». Clinical and Experimental Pharmacology & Physiology . 29 (9): 785–94. doi :10.1046/j.1440-1681.2002.03741.x. PMID  12165044.
  4. ^ PubChem. "Робутоксин". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 26.03.2020 .
  5. ^ Nicholson GM, Little MJ, Birinyi-Strachan LC (апрель 2004 г.). «Структура и функция дельта-атракотоксинов: летальные нейротоксины, нацеленные на потенциал-зависимый натриевый канал». Toxicon . 43 (5): 587–99. doi :10.1016/j.toxicon.2004.02.006. hdl : 10453/4628 . PMID  15066415.
  6. ^ Alewood D, Birinyi-Strachan LC, Pallaghy PK, Norton RS, Nicholson GM, Alewood PF (ноябрь 2003 г.). «Синтез и характеристика дельта-атракотоксина-Ar1a, летального нейротоксина из яда сиднейского воронкового паука (Atrax robustus)». Биохимия . 42 (44): 12933–40. doi :10.1021/bi030091n. PMID  14596608.
  7. ^ Gupta RC (2012). Ветеринарные токсикологические основы и клинические принципы (2-е изд.). Амстердам: Elsevier. ISBN 978-0-12-385927-3.
  8. ^ Sheumack DD, Baldo BA, Carroll PR, Hampson F, Howden ME, Skorulis A (1984). «Сравнительное исследование свойств и токсичных компонентов ядов воронкового паука (Atrax)». Сравнительная биохимия и физиология. C, Сравнительная фармакология и токсикология . 78 (1): 55–68. doi :10.1016/0742-8413(84)90048-3. PMID  6146485.
  9. ^ Mylecharane EJ, Spence I, Sheumack DD, Claassens R, Howden ME (1989). «Действия робутоксина, нейротоксичного полипептида из яда самца воронкового паука (Atrax robustus), на анестезированных обезьян». Toxicon . 27 (4): 481–92. doi :10.1016/0041-0101(89)90211-0. PMID  2728033.
  10. ^ "Общественность попросила поймать воронкового паука". 9 News Australia . Получено 20 мая 2020 г.
  11. ^ "Противоядие от воронкового паука – Информация о продукте" (PDF) . CSL Limited. Архивировано из оригинала (PDF) 21 апреля 2013 г.
  • Патофизиология отравления — эффекты дельта-атракотоксинов яда, из справочника Medscape
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Дельта_атракотоксин&oldid=1245435439"