Маргатоксин
Семейство белков
Короткий токсин скорпиона
Маргатоксин. Дисульфидные связи выделены. PDB 1mtx [1]
Идентификаторы
СимволТоксин_2
ПфамПФ00451
Клан ПФАМCL0054
ИнтерПроIPR001947
ПРОСИТPDOC00875
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры

Маргатоксин (MgTX) — это пептид , который селективно ингибирует потенциалзависимые калиевые каналы Kv1.3 . Он обнаружен в яде Centruroides margaritatus , также известного как центральноамериканский древесный скорпион. Маргатоксин был впервые обнаружен в 1993 году. Он был очищен из яда скорпиона , и была определена его аминокислотная последовательность.

Структура

Маргатоксин — пептид из 39 аминокислот с молекулярной массой 4185 дальтон. Первичная аминокислотная последовательность маргатоксина выглядит следующим образом:

Thr-Ile-Ile-Asn-Val-Lys-Cys-Thr-Ser-Pro-Lys-Gln-Cys-Leu-Pro-Pro-Cys-Lys-Ala-Gln-Phe-Gly-Gln-Ser-Ala-Gly-Ala-Lys-Cys-Met-Asn-Gly-Lys-Cys-Lys-Cys-Tyr-Pro-His

Или, если перевести в последовательность из одной буквы,

TIINVKCTSPKQCLPPCKAQFGQSAGAKCMNGKCKCYPH.

Между Cys7-Cys29, Cys13-Cys34 и Cys17-Cys36 имеются дисульфидные мостики
. Маргатоксин классифицируется Pfam как «короткий токсин скорпиона» , показывая гомологию последовательностей с другими блокаторами калиевых каналов, такими как харибдотоксин (44%), калиотоксин (54%), ибериотоксин (41%) и ноксиустоксин (79%), которые также получены из яда скорпиона. [2]

Синтез

Маргатоксин — это пептид, первоначально очищенный из яда скорпиона Centrutoides margaritatus (центральноамериканский древесный скорпион). Токсины скорпиона специфичны и имеют высокое сродство к своим мишеням, и это делает их хорошими инструментами для характеристики различных рецепторных белков, участвующих в функционировании ионных каналов . Поскольку из ядов скорпиона можно выделить только небольшое количество природных токсинов , для получения достаточного количества белка для исследований был использован подход химического синтеза. Этот подход не только дает достаточно материала для изучения воздействия на калиевые каналы, но и обеспечивает чистоту, поскольку токсин, выделенный из яда скорпиона, рискует быть загрязненным другими активными соединениями. [3]


Маргатоксин может быть химически синтезирован с использованием метода твердофазного синтеза . Соединение, полученное с помощью этого метода, сравнивалось с природным очищенным маргатоксином. Оба соединения имели одинаковые физические и биологические свойства. Химически синтезированный маргатоксин теперь используется для изучения роли каналов Kv1.3. [2]

Механизм действия

Маргатоксин блокирует калиевые каналы Kv1.1 Kv1.2 и Kv1.3. Канал Kv1.2 регулирует высвобождение нейротрансмиттера , связанное с частотой сердечных сокращений, секрецией инсулина , нейрональной возбудимостью, транспортом эпителиальных электролитов , сокращением гладких мышц , иммунологическим ответом и объемом клеток. Каналы Kv1.3 экспрессируются в Т- и В- лимфоцитах . [4] Маргатоксин необратимо ингибирует пролиферацию человеческих Т-клеток в концентрации 20 мкМ. При более низких концентрациях это ингибирование обратимо.

Влияние на сердечно-сосудистую функцию

Маргатоксин значительно снижает выходящие токи каналов Kv1.3 и деполяризованный потенциал покоящейся мембраны . Он увеличивает время, необходимое для проведения потенциалов действия в клетке в ответ на стимул. Ацетилхолин (ACh) играет ключевую роль в активации никотиновых и мускариновых ACh-рецепторов. Маргатоксин влияет на высвобождение норадреналина , вызванное агонистом никотиновых ACh-рецепторов . При активации мускариновых ACh-рецепторов бетанехолом, ток, чувствительный к маргатоксину, подавлялся. Поэтому был сделан вывод, что Kv1.3 влияет на функцию постганглионарных симпатических нейронов , поэтому можно предположить, что Kv1.3 влияет на симпатический контроль сердечно-сосудистой функции. [5]

Подавление иммунной системы

Каналы Kv1.3 можно обнаружить в различных клетках, включая Т- лимфоциты и макрофаги . Для активации иммунного ответа Т- лимфоцит должен вступить в контакт с макрофагом . Затем макрофаг может вырабатывать цитокины , такие как IL-1, IL-6 и TNF-α. Цитокины — это сигнальные молекулы клеток, которые могут усиливать иммунный ответ . Каналы Kv1.3 важны для активации Т- лимфоцитов и, следовательно, для активации макрофагов . Нарушение функции каналов Kv1.3, например, из-за ингибирования этих каналов, снизит выработку цитокинов и пролиферацию лимфоцитов in vitro. Это приведет к подавлению иммунного ответа in vivo .

Каналы Kv регулируются во время пролиферации и регуляции макрофагов , и их активность важна во время клеточных реакций. В отличие от лейкоцитов, которые имеют мономерные каналы Kv1.3, макрофаги имеют гетеротетрамерные каналы Kv1.3/Kv1.5. Эти гетеротетрамеры играют роль в регуляции мембранного потенциала макрофагов на разных стадиях активации макрофагов лимфоцитами . Калиевые каналы участвуют в активации лейкоцитов кальцием . Возможные различные конформации этих комплексов Kv1.3 и 1.5 могут влиять на иммунный ответ . Маргатоксин ингибирует каналы Kv1.3, поэтому гетеродимеры не могут быть образованы. Эффект маргатоксина аналогичен эффекту DEX. DEX уменьшает количество каналов K1.3 путем связывания с рецептором GC , что приводит к снижению экспрессии каналов K1.3. И маргатоксин, и DEX приводят к подавлению иммунитета. [6]

Воздействие на ионные каналы в лимфоцитах

Ионные каналы играют ключевую роль в передаче сигнала лимфоцитов . Калиевые каналы необходимы для активации Т-клеток. Фармакологическое ингибирование калиевых каналов может быть полезным при лечении иммунных заболеваний. Мембранный потенциал оказывает мощное воздействие на активацию лимфоцитов . Потенциал покоя возникает в первую очередь из-за потенциала диффузии калия, обеспечиваемого калиевыми каналами . Маргатоксин деполяризует покоящиеся человеческие Т-клетки. Фармакологические исследования показывают, что функциональные калиевые каналы необходимы для активации Т- и В-клеток. Блокаторы каналов KV ингибируют активацию, экспрессию генов, уничтожение цитотоксическими Т-клетками и NK-клетками, секрецию лимфокинов и пролиферацию. Маргатоксин блокирует митоген -индуцированную пролиферацию, смешанный ответ лимфоцитов и секрецию интерлейкина-2 и интерферона-гамма (IFN-γ). Это дает самые веские имеющиеся доказательства роли каналов KV в митогенезе. [7]

Токсичность

Маргатоксин может оказывать несколько различных эффектов на организм: [8]

  • Может вызвать раздражение кожи.
  • Может быть вредным при всасывании через кожу
  • Может вызвать раздражение глаз.
  • Может быть вредным при вдыхании
  • Материал может оказывать раздражающее действие на слизистые оболочки и верхние дыхательные пути.
  • Может быть вредным при проглатывании
  • Длительное или многократное воздействие может вызвать аллергические реакции у некоторых чувствительных людей.
  • Может быть смертельным при попадании в кровоток

Хронические эффекты затрагивают сердце, нервы, легкие, скелет и мышцы.

Средняя летальная доза (LD50) маргатоксина составляет 59,9 мг/кг, поэтому укусы Centruroides margaritatus не опасны для человека, за исключением возможных анафилактических реакций. Они вызывают боль, местный отек и покалывание в течение 3–4 часов, но никакого вмешательства, кроме симптоматического облегчения, не требуется.

Воздействие на животных

Маргатоксин приводит к деполяризации клеток человека и свиньи in vitro . [9] Блокируя 99% каналов KV1.3, маргатоксин подавляет реакцию пролиферации Т-клеток у мини-свиней. Кроме того, он подавляет реакцию В-клеток на аллогенную иммунизацию и подавляет реакцию гиперчувствительности замедленного типа на туберкулин. [9] У свиней период полураспада белка составляет два часа. При непрерывной инфузии пептида это приводит к диарее и гиперсаливации. [10] Однако у животных не наблюдается серьезных токсических эффектов. В отличие от случая, когда концентрация маргатоксина в плазме превышает 10 нМ, у свиней возникает транзиторная гиперактивность. Это может быть эффектом каналов Kv1.1 и Kv1.2 в мозге.

Эффективность и побочные эффекты

Kv1.3 уже связан с пролиферацией лимфоцитов , гладких клеток сосудов, олигодендроцитов и раковых клеток. Недавние исследования [ когда? ] показали, что существует терапевтический потенциал для блокаторов Kv1.3, таких как Маргатоксин.

При лечении мини-свиней было проведено исследование с маргатоксином. Восьмидневное лечение привело к длительному подавлению иммунитета, которое длилось от трех до четырех недель после прекращения дозирования. Наблюдалась атрофия тимуса (уменьшение тимуса). Особенно уменьшилось количество клеток в кортикальной области [9]

Лекарственное значение

Неоинтимальная гиперплазия — это перемещение и пролиферация гладкомышечных клеток в просвет кровеносного сосуда. Это создает новую внутреннюю структуру, которая может блокировать кровоток. Это часто приводит к неудачам интервенционных клинических процедур, включающих установку стентов и шунтирующих трансплантатов.

Из-за изменений в типе калиевого канала сосудистые гладкомышечные клетки переключаются с сократительного на пролиферирующий фенотип. Предполагается, что Kv1.3 важен для пролиферирующих сосудистых гладкомышечных клеток. Ингибиторы таких каналов подавляют пролиферацию сосудистых гладкомышечных клеток , стеноз после травмы и неоинтимальную гиперплазию . Исследования показывают, что маргатоксин является высокоэффективным ингибитором миграции сосудистых клеток с IC50 (полумаксимальная ингибирующая концентрация) 85 пМ. В этом исследовании также был обнаружен отрицательный эффект. В некоторых артериях наблюдались сосудосуживающие эффекты, но повышенное кровяное давление не оказалось существенной проблемой. [5]

Ссылки

  1. ^ Джонсон BA, Стивенс SP, Уильямсон JM (декабрь 1994 г.). «Определение трехмерной структуры маргатоксина методом спектроскопии ядерного магнитного резонанса с тройным резонансом 1H, 13C, 15N». Биохимия . 33 (50): 15061– 70. doi :10.1021/bi00254a015. PMID  7999764.
  2. ^ ab Garcia-Calvo M, Leonard RJ, Novick J, Stevens SP, Schmalhofer W, Kaczorowski GJ, Garcia ML (сентябрь 1993 г.). «Очистка, характеристика и биосинтез маргатоксина, компонента яда Centruroides margaritatus, который селективно ингибирует потенциалзависимые калиевые каналы». Журнал биологической химии . 268 (25): 18866– 74. doi : 10.1016/S0021-9258(17)46707-X . PMID  8360176.
  3. ^ Lecomte C, Sabatier JM, Van Rietschoten J, Rochat H (февраль 1998 г.). «Синтетические пептиды как инструменты для исследования структуры и фармакологии короткоцепочечных токсинов скорпионов, действующих на калиевые каналы». Biochimie . 80 (2): 151– 4. doi :10.1016/s0300-9084(98)80021-7. PMID  9587672.
  4. ^ KCNA3
  5. ^ ab Cheong A, Li J, Sukumar P, Kumar B, Zeng F, Riches K, Munsch C, Wood IC, Porter KE, Beech DJ (февраль 2011 г.). «Мощное подавление миграции гладкомышечных клеток сосудов и гиперплазии неоинтимы человека блокаторами каналов KV1.3». Cardiovascular Research . 89 (2): 282– 9. doi :10.1093/cvr/cvq305. PMC 3020133 . PMID  20884640. 
  6. ^ Вильялонга Н., Дэвид М., Белянска Дж., Висенте Р., Комес Н., Валенсуэла С., Фелипе А. (февраль 2010 г.). «Иммуномодуляция потенциал-зависимых K+-каналов в макрофагах: молекулярные и биофизические последствия». Журнал общей физиологии . 135 (2): 135–47 . doi :10.1085/jgp.200910334. ПМК 2812499 . ПМИД  20100893. 
  7. ^ Льюис RS, Кахалэн MD (1995). «Каналы калия и кальция в лимфоцитах». Annual Review of Immunology . 13 : 623–53 . doi :10.1146/annurev.iy.13.040195.003203. PMID  7612237.
  8. ^ Паспорт безопасности материала, Маргатоксин: sc-3586, Santa Cruz Biotechnology, 2004
  9. ^ abc Ку Г.К., Блейк Дж.Т., Таленто А., Нгуен М., Лин С., Сиротина А., Шах К., Малвани К., Хора Д., Каннингем П., Вундерлер Д.Л., Макманус О.Б., Слотер Р., Бугианези Р., Феликс Дж., Гарсия М., Уильямсон Дж., Качоровски Г., Сигал Н.Х., Спрингер М.С., Фини В. (июнь 1997 г.). «Блокада потенциалзависимого калиевого канала Kv1.3 подавляет иммунные реакции in vivo». Журнал иммунологии . 158 (11): 5120–8 . doi :10.4049/jimmunol.158.11.5120. ПМИД  9164927.
  10. ^ Suarez-Kurtz G, Vianna-Jorge R, Pereira BF, Garcia ML, Kaczorowski GJ (июнь 1999). «Пептидильные ингибиторы каналов Kv1 шейкерного типа вызывают подергивания в подвздошной кишке морской свинки, блокируя kv1.1 в энтеральной нервной системе и усиливая высвобождение ацетилхолина». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . 289 (3): 1517–22 . PMID  10336547.

Дальнейшее чтение

  • Knaus, HG; Koch, RO; Eberhart, A; Kaczorowski, GJ; Garcia, ML; Slaughter, RS (октябрь 1995 г.). "[125I]маргатоксин, лиганд с необычайно высоким сродством к потенциалзависимым калиевым каналам в мозге млекопитающих". Биохимия . 34 (41): 13627– 34. doi :10.1021/bi00041a043. PMID  7577952.
  • Kupper J, Prinz AA, Fromherz P (февраль 2002 г.). «Рекомбинантные калиевые каналы Kv1.3 стабилизируют тоническую активность культивируемых нейронов гиппокампа крыс». Pflügers Archiv . 443 (4): 541– 7. doi :10.1007/s00424-001-0734-4. PMID  11907820. S2CID  12348640.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Маргатоксин&oldid=1264682799"