Butantoksyna

Butantoksyna (BuTX) jest związkiem jadu trzech brazylijskich i argentyńskich gatunków skorpiona z rodzaju Tityus . Butantoksyna odwracalnie blokuje bramkowane napięciem kanały K+ Shaker B i Kv1.2 oraz aktywowane Ca ²⁺ kanały K ⁺ K _Ca 1.1 i K _Ca 3.1 .

Źródła

Butantoksyna jest jedną z wielu toksyn wyizolowanych z jadu trzech brazylijskich i jednego argentyńskiego gatunku skorpiona z rodzaju Tityus : T. serrulatus , Tityus bahiensis , T. stigmurus i Tityus trivitattus . Butantoksyna była pierwszą wyizolowaną toksyną skorpiona (identyczna struktura pierwotna i pofałdowanie), która została wyprodukowana przez więcej niż jeden gatunek skorpiona. Wcześniej badane sekwencje toksyn różniły się między różnymi gatunkami w obrębie rodzaju.

Chemia

Rodzina

Toksyny skorpiona, które są selektywne dla kanałów K+ (KTx), dzielą się na rodziny: α-, β- i γ-KTx. Rodziny te zawierają dalsze podrodziny oparte na podobieństwach sekwencji. Butantoksyna jest pierwszym członkiem krótkołańcuchowej rodziny toksyn skorpionów α-KTx, najlepiej zbadanej jak dotąd rodziny. Butantoksyna należy do podrodziny α-KT12.

Struktura pierwotna

K ^{+ to} peptydy o krótkim łańcuchu . Mają 31–41 reszt i zawierają 3 lub 4 wiązania dwusiarczkowe . Butantoksyna składa się z 40 aminokwasów i jest stabilizowana 4 wiązaniami dwusiarczkowymi (Cys2-Cys5, Cys10-Cys31, Cys16-Cys36 i Cys20-Cys38). N-końcowe wiązanie dwusiarczkowe C2-C5 jest unikalne dla butantoksyny; pozostałe 3 są obecne u wszystkich członków rodziny krótkołańcuchowych toksyn skorpiona. Chociaż to unikalne wiązanie dwusiarczkowe prawdopodobnie nie odgrywa roli w stabilności butantoksyny, może wpływać na specyficzność receptora.

Struktura drugorzędowa

K ⁺ ze skorpionów mają zachowane trójwymiarowe (3D) rusztowanie. Dwa wiązania dwusiarczkowe łączą α-helisę z jedną z nici w arkuszu β („motyw mostka dwusiarczkowego α-β”). Dwie antyrównoległe nici (Gly29-Met32 i Lys35-Cys38) tworzą arkusz β. Zwrot α typu I (Asn33-Asn34) łączy pasma. Prawie trzecia nić arkusza β składa się z reszt Cys5-Ala9. Trzecie wiązanie dwusiarczkowe łączy arkusz β z wydłużoną sekcją na N-końcu toksyny.

Homologia

Butantoksyna jest obecna w jadzie kilku gatunków skorpionów. Należy do podrodziny toksyn α-KTx12 i wykazuje duże podobieństwo strukturalne do innych toksyn z tej podrodziny. Wysoce konserwatywna sekwencja pierwszorzędowa i fałdowanie butantoksyny sugeruje, że przyczyniają się one do istotnych aspektów skuteczności toksyn. Butantoksyna ma nazwy systematyczne α-KTx12.1 (pierwotnie nazwany TsTX-IV, od brazylijskiego skorpiona T. serrulatus ), α-KTx12.2 (pierwotnie nazwany TtBut-toksyna od argentyńskiego skorpiona T. trivittatus ) i α-KTx12. 4 (pierwotnie nazwany TstBut, od brazylijskiego skorpiona T. stigmurus ). Skorpion T. costatus toksyna α-KTx12.3 (peptyd podobny do butantoksyny lub Tco30) ma kwas glutaminowy w pozycji 9, podczas gdy butantoksyna ma alaninę w tej pozycji.

Cel

Butantoksyna odwracalnie blokuje bramkowane napięciem kanały K+, Shaker B i Kv1.2, oraz kanały K+ aktywowane Ca2+, Kca1.1 i Kca3.1. Zatem butantoksyna ma zdolność interakcji z różnymi kanałami K+ i ma zmienne powinowactwo do każdego kanału K+. Sugeruje to, że butantoksyna ma pewną elastyczność konformacyjną pomimo swoich 4 wiązań dwusiarczkowych. Ta elastyczność pozwoliłaby następnie dopasować jego strukturę do obszaru porów tego zróżnicowanego zakresu kanałów K +. Inne toksyny z podrodziny α-KTx-12 blokują te same kanały K+. Ze względu na zmienność sekwencji pierwszorzędowej wszyscy członkowie podrodziny mają różne powinowactwo do różnych kanałów K+. Wykazano również, że butantoksyna hamuje zarówno proliferację komórek T , jak i wytwarzanie interleukiny-2 przez stymulowane antygenem komórki pomocnicze T.

Sposób działania

Butantoksyna blokuje kanały K + odwracalnie, zgodnie z kinetyką nasycenia Michaelisa-Mentena . Toksyna wiąże się z zewnętrznym przedsionkiem porów, zatykając go. Ta reakcja jest regulowana przez oddziaływania elektrostatyczne między ujemnie naładowanymi resztami w kanale K ⁺ i dodatnio naładowanymi resztami w toksynie. Na podstawie wyników uzyskanych z symulacji dokowania, butantoksyna może wymagać tylko 6 głównych kontaktów molekularnych do interakcji z kanałem Kv1.2. Ta niska liczba może wyjaśniać słabą aktywność butantoksyny w odniesieniu do kanału Kv1.2. Dla powinowactwa oddziaływania butantoksyny z kanałem Kv1.2 istotna jest domena N-końcowa, ponieważ powinowactwo do kanału zależy od jego dodatkowych kontaktów molekularnych. Przeciwnie, N-końcowa domena butantoksyny nie przyczynia się do działania toksyny na Kca3.1.

Toksyczność

Blokada kanałów K ⁺ nadaje jadowi skorpiona jego działanie neurotoksyczne. Butantoksyna słabo blokuje kanały Shaker B, Kv1.2 i Kca3.1. Jest około 60 razy słabszy niż bardziej znana maurotoksyna (MTX), inny członek rodziny krótkołańcuchowych toksyn skorpiona. U myszy dawka toksyczna ( LD50 ) po dożylnym wstrzyknięciu butantoksyny-TsTX-IV wynosiła 826 ug/kg.