Нотексин
Нотексин
Схематическая диаграмма трехмерной структуры нотексина ( PDB : 1AE7 ​).
Идентификаторы
ОрганизмНотехис скутатус
СимволН/Д
Номер CAS37223-96-4
ПДБ1AE7
UniProtР00608
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Нотексин — это токсин , вырабатываемый тигровой змеей ( Notechis scutatus ). Это миотоксичная и пресинаптическая нейротоксичная фосфолипаза A2 (PLA 2 s). [1] Это ферменты, которые гидролизуют связь между жирнокислотным хвостом и глицерином в жирных кислотах в положении 2. [2]

История

Название нотексин происходит от того факта, что этот токсин был впервые обнаружен как основной компонент яда тигровой змеи . [3] Таким образом, название нотексин представляет собой комбинацию названия рода Notechis и слова toxin. Тигровая змея была впервые описана Вильгельмом Петерсом в 1861 году. [4] Токсин был впервые очищен более чем сто лет спустя в 1972 году Карлссоном и др . [3] [5] Это побудило к дальнейшим исследованиям нотексина. [5] [6]

Структура

Нотексин состоит из одной молекулы. Эта молекула представляет собой пептидную цепь из 119 аминокислотных остатков , которые сшиты 7 дисульфидными мостиками . [7]

Рентгеновская дифракция использовалась для определения кристаллической структуры нотексина и привела к выводу, что нотексин принадлежит либо к пространственной группе P3121, либо к P3221 с параметрами решетки a = b = 74,6 Å, c = 49,0 Å с β 120⁰. Эти данные были получены с разрешением 2,0 Å и имели R-фактор 16,5%. [8] Для данных о белках этот R-фактор обычно составляет 20%, [9], что указывает на то, что кристаллическая структура нотексина относительно хорошо определена.

Супрамолекулярная структура нотексина очень похожа на структуру других PLA 2. И нотексин, и многие PLA 2 содержат четыре характерные основные спирали (спирали αA, αB, αC и αE) и короткую карбоксильную концевую спираль во вторичной структуре. Также активный центр, по-видимому, достаточно похож на активный центр других PLA 2 , чтобы использовать их исследования по построению моделей при обсуждении ферментативных свойств. Нотексин значительно отличается от других PLA 2 из-за разной длины основной цепи и его конформации в 69-м аминокислотном остатке. [8]

Активный сайт нотексина содержит His-48. Этот остаток находится в тесном контакте с карбоксилатными кислородами остатка Asp-99, который также присутствует в нотексине. [8] Для большинства PLA 2 стенка активного сайта покрыта гидрофобными остатками. Когда неподеленная пара на кислороде воды атакует эфир, остаток His-48 облегчает перенос протона, а карбонильный кислород субстрата, возможно, фиксируется и стабилизируется положительно заряженными NH-группами на PLA 2 s. [10]

Механизм действия

Нотексин обычно смертелен, если попадает в кровоток у крыс. Этот летальный эффект является результатом пресинаптической блокады передачи через нервно-мышечные соединения дыхательных мышц, вызывая асфиксию . Также было показано, что он оказывает миотоксическое действие при внутривенной инъекции. [8] Миотоксическое действие обычно влечет за собой некроз мышц. [11]

Было высказано предположение (Dixon et al., 1996) [12] , что эта миотоксичность нотексина является результатом связывания нотексина с сарколеммой, вызывая гиперконтракцию и, следовательно, некроз мышц в результате разрыва мембраны между местами гиперконтракции. [12] Однако пресинаптическая активность гораздо более сильна, по крайней мере, у мышей. [8]

Нотексин вызывает косвенное снижение или полное прекращение высвобождения ацетилхолина в пораженных нервных окончаниях. Этот ацетилхолин обычно вызывает потенциал действия и, следовательно, сокращение мышц. Было обнаружено, что это снижение высвобождения ацетилхолина было вызвано нарушенной рециркуляцией синаптических пузырьков , поскольку в пораженных тканях наблюдалось снижение содержания синаптических пузырьков и аномально большие пузырьки. За этим последовало сокращение нервных окончаний и уменьшение количества пузырьков в этих окончаниях. [8]

Точный способ взаимодействия с клеткой неизвестен, но предполагается, что нотексин, как и другие PLA 2 , взаимодействует с высокоаффинными специфическими белковыми рецепторами или низкоаффинными липидными доменами мышечных клеток и двигательных нейронов. Взаимодействие нотексина с плазматической мембраной приводит к гидролизу фосфолипидов в клеточной мембране. [13] Исследование [14] показало, что без активности PLA 2 нотексин также оказывает мембраноразрушающее действие, что позволяет предположить, что нотексин имеет несколько механизмов повреждения клеточной мембраны.

Клеточные мембраны становятся проницаемыми для ионов и вызывают приток Ca 2+ из внеклеточной среды. В мышечных клетках приток Ca 2+ вызывает гиперконтракцию миофиламентов, что может вызвать механическое повреждение плазматической мембраны. [12] [13] Митохондрии будут поглощать Ca 2+ , что в конечном итоге приведет к снижению функциональности митохондрий. Высокая концентрация Ca 2+ в цитозоле активирует Ca 2+ -зависимые протеиназы, кальпаины [15] и эндогенную Ca 2+ -зависимую фосфолипазу A 2 . Кальпаины разрушают цитоскелетные компоненты клетки, а Ca 2+ -зависимая фосфолипаза A 2 гидролизует клеточную мембрану, что приводит к дальнейшей деградации клетки и большему притоку Ca 2+ . В определенный момент повреждение становится необратимым, и происходит некроз клетки. [12] [13]

В нейронах приток кальция вызывает высвобождение готовых к высвобождению синаптических пузырьков и резервного пула синаптических пузырьков. [13] [16] Исследования [16] показали, что нейроны после обработки нотексином имели сильно уменьшенное количество синаптических пузырьков. Эти результаты, по-видимому, указывают на то, что нотексин ингибирует эндоцитоз новых синаптических пузырьков, помимо экзоцитоза в результате притока Ca2+. [13] [16] [17] Как и в мышечных клетках, приток Ca2+ в нейроны также приводит к снижению функциональности митохондрий и активации кальпаинов и эндогенных Ca2 + -зависимых PLA2 . Это приводит к тем же структурным повреждениям, что и в мышечных клетках. [13]

Экспериментальные исследования также показали, что нотексин имел нефротоксические эффекты на мышей. Исследование [18] показало, что в зависимости от дозы в течение 24 часов наблюдалось повреждение почечных канальцев и клубочков.

Иммунный ответ

О метаболизме нотексина известно немного. Однако исследования показали, что токсин может быть сделан неэффективным с помощью специфических антител. [19] [20] [21] В одном исследовании мыши стали устойчивыми к нотексину, аналогичным изоформам токсина и другим ядам того же происхождения. Это было сделано путем воздействия на мышей недетоксифицированного нотексина. Было обнаружено, что С-концевая часть пептидной цепи нотексина является местом связывания для этих антител, и, таким образом, известно, что это место для антигенного домена. [19] Другое исследование показало, что по крайней мере некоторые из антигенов, которые способны блокировать эффекты нотексина, делают это путем перекрестной нейтрализации. [20] Было также показано, что некоторые антитела имеют различное сродство к различным изоформам нотексина. Эти различные изоформы встречаются у змей, которые имеют разное географическое положение. [21] Таким образом, антитела к нотексину не обязательно связываются со всеми изоформами нотексина с одинаковой аффинностью.

Симптомы

Нотексин вызывает боль в месте укуса, за которой следует обильное слюнотечение, слабость, сонливость, затрудненное дыхание, снижение артериального давления и паралич губ, гортани, языка и лицевых мышц. Возможно также затуманивание зрения, птоз, головные боли и судороги. [22] [23]

Токсичность

Исследований реакции нотексина на человека не проводилось, однако известно, что после инъекции токсина последуют мышечные повреждения и миоглобинурия. [12] Данные показали, что тигровая змея является одной из основных причин укусов змей в Австралии, что приводит к тому, что она является второй по частоте причиной смерти от укусов змей. [24]

Было сообщено о нескольких результатах токсического воздействия нотексина на грызунов. [23] [25] При инъекции 1–2 мкг чистого токсина в камбаловидную мышцу крысы он разрушит все мышечные волокна. [25] У мышей LD 50 составляет 0,214 мг/кг при подкожном введении и 0,04 мг/кг при внутривенном введении. [23] [25] Также были проведены исследования функциональных и морфологических свойств отрастающих мышц длинного разгибателя пальцев у мышей (EDL) после инъекции нотексина. Через три дня после инъекции наблюдался полный распад волокон и потеря функциональной способности. Через десять дней мышцы полностью состояли из отрастающих волокон. [26]

Уход

На рынке нет противоядия от нотексина . Есть два общих противоядия от тигровой змеи, которые потенциально могут сработать. [27] Не обнаружено исследований эффективности противоядия от тигровой змеи на нотексин.

Ссылки

  1. ^ Берстен А.Д., Хэнди Дж. (15 августа 2018 г.). Электронная книга «Руководство по интенсивной терапии О» . Elsevier Науки о здоровье. ISBN 978-0-7020-7606-0.
  2. ^ Колтай Т., Решкин С.Дж., Бальтазар Ф., Флигель Л. (01.01.2021). «Глава 5. Липидный обмен, часть II: сфинголипиды и церамиды». В Колтай Т., Решкин С.Дж., Бальтазар Ф., Флигель Л. (ред.). Метаболизм рака простаты . Академическая пресса. стр.  137–174 . doi :10.1016/B978-0-323-90528-2.00012-6. ISBN 978-0-323-90528-2. S2CID  237968682 . Получено 2022-03-15 .
  3. ^ ab Karlsson E, Eaker D, Rydén L (1972-06-01). «Очистка пресинаптического нейротоксина из яда австралийской тигровой змеи Notechis scutatus scutatus». Toxicon . 10 (4): 405– 413. doi :10.1016/0041-0101(72)90066-9. ISSN  0041-0101. PMID  5070579 . Получено 14.03.2022 .
  4. ^ Петерс В.К. (1861). «Eine zweite Übersicht (vergl. Monatsberichte 1859, стр. 269) der von Hrn. F. Jagor auf Malacca, Java, Borneo und den Philippinen gesammelten und dem Kgl. Zoologischen Museum übersandten Schlangen». Monatsberichte der Königlichen Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin : 683–691 .
  5. ^ ab Tu AT (1973). «Нейротоксины животных ядов: змеи». Annual Review of Biochemistry . 42 (1): 235–258 . doi :10.1146/annurev.bi.42.070173.001315. PMID  4581225.
  6. ^ Harris JB, Karlsson E, Thesleff S (январь 1973). «Влияние изолированного токсина из яда австралийской тигровой змеи (Notechis scutatus scutatus) на нервно-мышечное соединение млекопитающих». British Journal of Pharmacology . 47 (1): 141– 146. doi :10.1111/j.1476-5381.1973.tb08168.x. PMC 1776509. PMID  4352085 . 
  7. ^ "RCSB PDB - 1AE7: NOTEXIN, A PRESINAPTIC NEUROTOXIC PHOSPHOLIPASE A2". RCSB Protein Data Bank . Получено 2022-03-17 .
  8. ^ abcdef Westerlund B, Nordlund P, Uhlin U, Eaker D, Eklund H (апрель 1992 г.). «Трехмерная структура нотексина, пресинаптической нейротоксичной фосфолипазы A2 с разрешением 2,0 А». FEBS Letters . 301 (2): 159– 164. doi : 10.1016/0014-5793(92)81238-h . PMID  1568473. S2CID  2302749.
  9. ^ Laskowski RA, Swaminathan GJ (2007-01-01). "3.24 - Проблемы трехмерных структур белков". В Taylor JB, Triggle DJ (ред.). Comprehensive Medicinal Chemistry II . Oxford: Elsevier. стр.  531– 550. doi :10.1016/B0-08-045044-X/00097-3. ISBN 978-0-08-045044-5. Получено 15.03.2022 .
  10. ^ Dijkstra BW, Drenth J, Kalk KH (февраль 1981). "Активный центр и каталитический механизм фосфолипазы A2" (PDF) . Nature . 289 (5798): 604– 606. Bibcode :1981Natur.289..604D. doi :10.1038/289604a0. PMID  7464926. S2CID  4308155.
  11. ^ Гутьеррес Х.М., Сердас Л. (ноябрь 1984 г.). «[Механизм действия миотоксинов, выделенных из змеиных ядов]». Обзор тропической биологии . 32 (2): 213–222 . PMID  6400184.
  12. ^ abcde Dixon RW, Harris JB (декабрь 1996 г.). «Миотоксическая активность токсичной фосфолипазы, нотексина, из яда австралийской тигровой змеи». Журнал невропатологии и экспериментальной неврологии . 55 (12): 1230– 1237. doi : 10.1097/00005072-199612000-00006 . PMID  8957446. S2CID  9299375.
  13. ^ abcdef Montecucco C, Gutiérrez JM, Lomonte B (сентябрь 2008 г.). «Клеточная патология, вызванная миотоксинами и нейротоксинами фосфолипазы А2 змеиного яда: общие аспекты механизмов их действия». Cellular and Molecular Life Sciences . 65 (18): 2897– 2912. doi :10.1007/s00018-008-8113-3. PMC 11131735 . PMID  18563294. S2CID  36666240. 
  14. ^ Kao PH, Lin SR, Chang LS (декабрь 2007 г.). «Независимый от активности фосфолипазы А2 мембраноповреждающий эффект нотексина». Toxicon . 50 (7): 952–959 . doi :10.1016/j.toxicon.2007.07.011. PMID  17889218.
  15. ^ Bartoli M, Bourg N, Stockholm D, Raynaud F, Delevacque A, Han Y и др. (декабрь 2006 г.). «Модель мыши для мониторинга активности кальпаина при физиологических и патологических состояниях». Журнал биологической химии . 281 (51): 39672– 39680. doi : 10.1074/jbc.M608803200 . PMID  17056592.
  16. ^ abc Harris JB, Grubb BD, Maltin CA, Dixon R (февраль 2000 г.). «Нейротоксичность фосфолипаз A(2) яда, нотексина и тайпоксина». Experimental Neurology . 161 (2): 517– 526. doi :10.1006/exnr.1999.7275. PMID  10686073. S2CID  6714210.
  17. ^ Rigoni M, Schiavo G, Weston AE, Caccin P, Allegrini F, Pennuto M и др. (июль 2004 г.). «Пресинаптические нейротоксины змей с активностью фосфолипазы A2 вызывают точечные отеки нейритов и экзоцитоз синаптических пузырьков». Journal of Cell Science . 117 (Pt 16): 3561– 3570. doi :10.1242/jcs.01218. PMID  15226375. S2CID  931111.
  18. ^ Циммерман SE, Йонг LC (май 1995). «Нефротоксичность нотексина у экспериментальных мышей». Experimental and Toxicologic Pathology . 47 ( 2–3 ): 149–155 . doi :10.1016/S0940-2993(11)80305-2. PMID  7580101.
  19. ^ ab Mollier P, Chwetzoff S, Frachon P, Ménez A (июль 1989 г.). «Иммунологические свойства нотексина, мощного пресинаптического и миотоксического компонента из яда австралийской тигровой змеи Notechis scutatus scutatus». FEBS Letters . 250 (2): 479– 482. doi : 10.1016/0014-5793(89)80780-X . PMID  2753144. S2CID  41178189.
  20. ^ ab Middlebrook JL (1991-01-01). "Перекрестная нейтрализация нейротоксинов фосфолипазы А2 из змеиных ядов". Toxicon . 29 (12): 1481– 1487. doi :10.1016/0041-0101(91)90004-B. PMID  1801325.
  21. ^ ab Yang CC, Chang LS, Wu FS (1991-01-01). "Составные части яда Notechis scutatus scutatus (австралийская тигровая змея) из разных географических регионов". Toxicon . 29 (11): 1337– 1344. doi :10.1016/0041-0101(91)90120-G. PMID  1814009.
  22. ^ Snook R (1980). "Справочник по отравлению. RH Dreisbach. Десятое издание. 176 × 108 мм. С. 578. Иллюстрированное. 1980. Los Altos, Ca: Lange. $9.00". BJS (Британский журнал хирургии) . 67 (12): 900. doi :10.1002/bjs.1800671233. ISSN  1365-2168.
  23. ^ abc "T3DB: Notexin" . Получено 2022-03-17 .
  24. ^ Walter FG, Chase PB, Fernández MC, McNally J (2007-01-01). "Глава 21 - Ядовитые змеи". В Shannon MW, Borron SW, Burns MJ (ред.). Haddad and Winchester's Clinical Management of Poisoning and Drug Overdose (четвертое изд.). Филадельфия: WB Saunders. стр.  399– 432. doi :10.1016/B978-0-7216-0693-4.50026-8. ISBN 978-0-7216-0693-4. Получено 15.03.2022 .
  25. ^ abc Oh SJ (2022-01-01). "19 - Лечение и ведение расстройств нервно-мышечного соединения". В Bertorini TE, Oh SJ (ред.). Нервно-мышечные расстройства (второе изд.). Сент-Луис (Миссури): Elsevier. стр.  446–491 . doi :10.1016/B978-0-323-71317-7.00019-6. ISBN 978-0-323-71317-7. Получено 2022-03-17 .
  26. ^ Плант DR, Коларосси FE, Линч GS (ноябрь 2006 г.). «Нотексин вызывает большее миотоксическое повреждение и более медленное функциональное восстановление в скелетных мышцах мышей, чем бупивакаин». Muscle & Nerve . 34 (5): 577– 585. doi :10.1002/mus.20616. PMID  16881061. S2CID  25556704.
  27. ^ "противоядие от тигровой змеи" (text/html) . Healthdirect Australia . Получено 2022-03-15 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Notexin&oldid=1227019539"