Понератоксин - Poneratoxin

Понератоксин
Идентификаторы
СимволПонератоксин
SCOP21G92 / Объем / СУПФАМ
OPM суперсемейство151
Белок OPM1g92

Понератоксин парализует нейротоксичный пептид сделанный пулей муравей Paraponera clavata. Это предотвращает инактивацию натриевые каналы, управляемые напряжением и поэтому блокирует синаптическая передача в Центральная нервная система.[1] В частности, понератоксин действует на потенциалзависимые натриевые каналы в скелетные мышцы волокна, вызывающие паралич, и ноцицептивный волокна, вызывающие боль.[2] Он получил оценку 4 плюс на Индекс боли при укусе шмидта, максимально возможный рейтинг для этой системы, и его эффекты могут вызывать волны боли до двенадцати часов после одного укуса.[3] Шмидт описывает это как «чистую, сильную, яркую боль ... как будто вы идете по пылающему углю с трехдюймовым гвоздем в пятке».[4] Он также изучается на предмет его использования в биологических инсектицидах.[5]

Механизм действия

На схеме слева показаны нормально открытые и инактивированные потенциалзависимые натриевые каналы. После связывания понератоксина натриевые каналы вынуждены оставаться в открытом состоянии, не будучи инактивированными. Это приводит к удлинению потенциалов действия, что связано с болью от укусов пулевых муравьев.

В целом, понератоксин нарушает нормальную функцию напряжение-управляемые натриевые каналы в обоих позвоночные и беспозвоночные. Это вызывает повторяющиеся срабатывания и продление потенциалы действия, особенно в Центральная нервная система насекомых.[6] Усиление сигнализации - вот что вызывает сильную боль от пуля муравей укусы.[7]

Понератоксин находится в неактивном состоянии при хранении в резервуаре с ядом муравьев из-за кислых условий резервуара, но становится токсичным при активации в многоэтапном процессе. Комбинация связывания понератоксина с клеточная мембрана (чтобы воздействовать на потенциалзависимый натриевый канал), и переход от кислых условий в резервуаре с ядом муравьев к основным условиям на целевом участке приводит к тому, что понератоксин подвергается действию конформационное изменение это активирует его.[8]

Catterall и другие. предположил, что некоторые полипептид нейротоксины которые изменяют стробированные каналы функция через механизм «захвата датчика напряжения». Гипотеза утверждает, что нейротоксины, подобные понератоксину, такие как токсины альфа-скорпиона действовать на натриевые каналы через привязку к каналам ' рецептор сайт 3, что обычно влияет на способность каналов отключаться. Таким образом, нейротоксины рецепторного сайта 3 часто влияют на натриевые каналы, замедляя или блокируя инактивацию.[2][9] Обычно область канала, где находится сайт рецептора нейротоксина 3, претерпевает конформационное изменение наружного движения, что приводит к инактивации. Предполагается, что нейротоксины рецепторного сайта 3 предотвращают это конформационное изменение посредством взаимодействия с кислый и гидрофобный аминокислотные остатки на этом сайте.[9]

Когда лягушка волокна скелетных мышц подвергались воздействию понератоксина, было обнаружено, что понератоксин в первую очередь влияет на потенциал-зависимые натриевые каналы, уменьшая пиковый натриевой ток, а также индуцируя медленный натриевый ток. Эта комбинация привела к тому, что натриевые каналы активируются при очень отрицательных потенциалах и очень медленно деактивируются, что обычно наблюдается в возбудимых тканях.[10] Понератоксин считается медленно действующим агонист за гладкие мышцы.[11]

Структура

Пептид понератоксина хранится в неактивном пептиде с 25 остатками в резервуаре с ядом Paraponera clavata. В вторичная структура характеризуется спираль-поворот-спираль мотив: два альфа спирали связаны бета-поворот.

Понератоксин проникает в плазматическую мембрану. Синие области являются гидрофильными, а красные области - гидрофобными.

Два альфа спирали образованы остатками 3-9 на N-конце и остатками 17-24 на C-конце, и они связаны бета-поворот при остатках 11-16. С трехмерной точки зрения эта структура образует предпочтительную V-образную форму с двумя спиралями, претерпевающими слабые нековалентные взаимодействия друг с другом.[1] Это примечательно из-за его структурного сходства с другими пептидами, которые взаимодействуют с мембраной, и указывает на то, что понератоксин также будет взаимодействовать с мембраной и тем самым влиять на внедренные натриевые каналы, управляемые напряжением.[12] Кроме того, структура пептида сдвигается с случайный катушки к структурированным спираль-поворот-спираль когда познакомился с липидный бислой environment, что указывает на то, что этот мотив важен для взаимодействия с мембраной.[1]

Однако две альфа-спирали имеют заметно разные характеристики. N-концевая альфа-спираль аполярна, содержит центральную гидрофобный ядро с гидрофильный остатки на обоих концах, и не заряжен. По структуре похож на трансмембранный сигнальный пептид и подразумевает, что он закрепится на мембране, похоронив гидрофобное ядро ​​внутри бислоя.[1] В частности, громоздкие и очень гидрофобные фенилаланин остаток важен для взаимодействия с незаряженными липидными бислоями, например, состоящими из фосфатидилхолин. С-концевая альфа-спираль является амфипатической, причем на одной стороне отображаются полярные и заряженные остатки, а на другой - неполярные остатки, что способствует внедрению в плазматическую мембрану.[13] В частности, положительно заряженные аргинин и неполярные аланин Было показано, что оба остатка важны для активности понератоксина.[14] См. Рисунок, на котором гидрофобная (красный) и гидрофильный (синий) области понератоксина и липидного бислоя выравниваются, демонстрируя, что структура эволюционировала для встраивания в мембрану, что будет способствовать взаимодействию с натриевые каналы, управляемые напряжением.

Токсикология

Многие считают, что укус от пуля муравей напоминать ощущение выстрела. Джастин Шмидт, энтомолог кто разработал Индекс боли при укусе шмидта, описал это как «чистую, сильную, яркую боль ... как хождение по пылающему углю с трехдюймовым гвоздем в пятке», и считает укус муравья-пули самым болезненным укусом насекомого, который он испытал.[4] Боль от укусов муравьев может длиться много часов, даже до 24 часов. И сильная боль, и длительность укуса обусловлены действием понератоксина.[7] Помимо пресловутой боли, симптомы укусов от пулевых муравьев (а также от укусов других муравьев этого рода Paraponera а также род Динопонера ) включают жар, холодный пот, тошноту, рвоту, лимфаденопатия и сердечные аритмии.[нужна цитата ]

Анализы на токсичность показали, что LT50 понератоксина, доставленного с помощью вирусных инъекций в S. frugiperda larvae, было через 131 час после инъекции. Доза 105 pfu понератоксина было достаточно, чтобы убить S. frugiperda личинок, и доза 10 нг могла их парализовать.[8] Основываясь на этих экспериментах, ученые считают, что понератоксин может стать хорошим кандидатом в качестве био-инсектицид из-за его нейротоксичности для других насекомых, что делает его способным обездвиживать или даже убивать зараженных им насекомых. Создание рекомбинантный вирус путем разработки бакуловирус который экспрессирует понератоксин.[8]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Szolajska E, Poznanski J, Ferber ML, Michalik J, Gout E, Fender P, Bailly I, Dublet B, Chroboczek J (июнь 2004 г.). «Понератоксин, нейротоксин из яда муравьев. Структура и экспрессия в клетках насекомых и создание биоинсектицида». Европейский журнал биохимии. 271 (11): 2127–36. Дои:10.1111 / j.1432-1033.2004.04128.x. PMID  15153103.
  2. ^ а б Джонсон С.Р., Рикли Х.Г., Шмидт Дж.О., Эванс М.С. (декабрь 2017 г.). «Повторное исследование понератоксина из яда муравья-пули Paraponera clavata». Пептиды. 98: 51–62. Дои:10.1016 / j.peptides.2016.05.012. PMID  27266841.
  3. ^ Conniff R (10 августа 2009 г.). "О, Стинг, где твоя смерть?". newyorktimes.com. Получено 26 апреля 2017.
  4. ^ а б Loria K (23 августа 2016). «Человек, которого ужалили более 1000 раз, раскрывает одну ошибку, которую вы действительно хотите избежать». Business Insider.
  5. ^ Тушар А., Айли С.Р., Фокс Е.Г., Эскубас П., Оривел Дж., Николсон Г.М., Дежан А. (январь 2016 г.). «Арсенал биохимических токсинов из ядовитых муравьев». Токсины. 8 (1): 30. Дои:10.3390 / токсины8010030. ЧВК  4728552. PMID  26805882.
  6. ^ Тушар А., Айли С.Р., Фокс Е.Г., Эскубас П., Оривел Дж., Николсон Г.М., Дежан А. (январь 2016 г.). "Биохимический токсинный арсенал из ядов муравьев". Токсины. 8 (1): 30. Дои:10.3390 / токсины8010030. ЧВК  4728552. PMID  26805882.
  7. ^ а б Салливан, Коди (16 июля 2015 г.). «Укус этого муравья настолько плох, что кажется, что его застрелили - некоторые называют это самой страшной болью, известной человеку». Business Insider.
  8. ^ а б c Szolajska E, Poznanski J, Ferber ML, Michalik J, Gout E, Fender P, Bailly I, Dublet B, Chroboczek J (июнь 2004 г.). «Понератоксин, нейротоксин из яда муравьев. Структура и экспрессия в клетках насекомых и создание биоинсектицида». Европейский журнал биохимии. 271 (11): 2127–36. Дои:10.1111 / j.1432-1033.2004.04128.x. PMID  15153103.
  9. ^ а б Каттералл В.А., Сестель С., Яров-Яровой В., Ю. Ф. Х., Коноки К., Шойер Т. (февраль 2007 г.). "Управляемые напряжением ионные каналы и токсины-модификаторы пропускания" (PDF). Токсикон. 49 (2): 124–41. Дои:10.1016 / j.toxicon.2006.09.022. PMID  17239913.
  10. ^ Duval A, Malécot CO, Pelhate M, Piek T. (март 1992 г.). «Понератоксин, новый токсин из яда муравьев, обнаруживает взаимное преобразование между двумя режимами блокировки Na-каналов в волокнах скелетных мышц лягушки». Pflügers Archiv. 420 (3–4): 239–47. Дои:10.1007 / BF00374453. PMID  1317947.
  11. ^ Пик Т, Дюваль А, Оттенок В, Карст Н, Лапьед Б, Мантель П, Накадзима Т, Пелхате М, Шмидт Дж.О. (1991). «Понератоксин, новый пептидный нейротоксин из яда муравья Paraponera clavata». Сравнительная биохимия и физиология. C, Сравнительная фармакология и токсикология. 99 (3): 487–95. Дои:10.1016 / 0742-8413 (91) 90276-у. PMID  1685425.
  12. ^ Ван Г., Воробей Дж. Т., Кашли Р. Дж. (Ноябрь 1997 г.). «Структурный мотив спираль-шарнир-спираль в человеческом аполипопротеине A-I, определенный с помощью ЯМР-спектроскопии». Биохимия. 36 (44): 13657–66. Дои:10.1021 / bi971151q. PMID  9354635.
  13. ^ Дрин Дж., Антонни Б. (май 2010 г.). «Амфипатические спирали и кривизна мембраны». Письма FEBS. 584 (9): 1840–7. Дои:10.1016 / j.febslet.2009.10.022. PMID  19837069.
  14. ^ Джонсон С.Р., Рикли Х.Г., Шмидт Дж.О., Эванс М.С. (декабрь 2017 г.). «Повторное исследование понератоксина из яда муравья-пули Paraponera clavata». Пептиды. 98: 51–62. Дои:10.1016 / j.peptides.2016.05.012. PMID  27266841.

внешняя ссылка