Poneratoksyna

Identyfikatory
poneratoksyny
Symbol Poneratoksyna
SCOP2 1G92 / ZAKRES / SUPFAM
Nadrodzina OPM 151
Białko OPM 1g92

Poneratoksyna jest paraliżującym neurotoksycznym peptydem wytwarzanym przez mrówkę kulę Paraponera clavata . Zapobiega inaktywacji kanałów sodowych bramkowanych napięciem i dlatego blokuje transmisję synaptyczną w ośrodkowym układzie nerwowym . W szczególności poneratoksyna działa na kanały sodowe bramkowane napięciem we mięśni szkieletowych , powodując paraliż i włókna nocyceptywne , powodując ból. W skali bólu użądlenia Schmidta uzyskał ocenę 4 plus , najwyższa możliwa ocena w tym systemie, a jej skutki mogą powodować fale bólu do dwunastu godzin po pojedynczym użądleniu. Schmidt opisuje to jako „czysty, intensywny, olśniewający ból… jak chodzenie po płonącym węglu drzewnym z trzycalowym gwoździem wbitym w piętę”. Jest on dodatkowo badany pod kątem zastosowania w biologicznych środkach owadobójczych.

Mechanizm akcji

Schemat przedstawia po lewej stronie normalnie otwarte i inaktywowane kanały sodowe bramkowane napięciem. Po związaniu poneratoksyny kanał sodowy pozostaje w stanie otwartym i nie może zostać inaktywowany. Prowadzi to do wydłużenia potencjałów czynnościowych, co wiąże się z bólem spowodowanym użądleniami mrówek kulistych.

Ogólnie rzecz biorąc, poneratoksyna zakłóca normalne funkcjonowanie bramkowanych napięciem kanałów sodowych zarówno u kręgowców , jak i bezkręgowców . Powoduje powtarzające się odpalanie i przedłużanie potencjałów czynnościowych , szczególnie w centralnym układzie nerwowym owadów. Wzrost sygnalizacji jest przyczyną intensywnego bólu spowodowanego mrówek kulistych .

Poneratoksyna jest przechowywana w zbiorniku jadu mrówek w stanie nieaktywnym ze względu na kwaśne warunki panujące w zbiorniku, ale staje się toksyczna po aktywacji w wieloetapowym procesie. Połączenie wiązania poneratoksyny z błoną komórkową (w celu oddziaływania na kanał sodowy bramkowany napięciem) i przejścia od warunków kwaśnych w zbiorniku jadu mrówek do warunków zasadowych w miejscu docelowym prowadzi do zmiany konformacyjnej poneratoksyny, która ją aktywuje .

Catterall i in. postawiono hipotezę, że niektóre neurotoksyny polipeptydowe modyfikujące kanały bramkowane napięciem działają poprzez mechanizm „pułapki przez czujnik napięcia”. Hipoteza głosi, że neurotoksyny podobne do poneratoksyny, takie jak toksyny alfa-skorpiona , działają na kanały sodowe poprzez wiązanie się z receptorem kanałów miejsce 3, które zwykle wpływa na zdolność kanałów do dezaktywacji. Dlatego neurotoksyny w miejscu receptorowym 3 często wpływają na kanały sodowe, spowalniając lub blokując inaktywację. Zwykle obszar kanału, w którym znajduje się miejsce 3 receptora neurotoksyny, ulega zmianie konformacyjnej ruchu na zewnątrz, prowadząc do inaktywacji. Proponuje się, aby neurotoksyny w miejscu receptorowym 3 zapobiegały tej zmianie konformacyjnej poprzez interakcję z kwasowymi i hydrofobowymi resztami aminokwasowymi w tym miejscu.

Kiedy włókna mięśni szkieletowych żaby poddano działaniu poneratoksyny, odkryto, że poneratoksyna wpływa przede wszystkim na zależne od napięcia kanały sodowe, zmniejszając szczytowy prąd sodowy, a także indukując powolny prąd sodowy. Ta kombinacja spowodowała aktywację kanałów sodowych przy bardzo ujemnych potencjałach i bardzo powolną dezaktywację, co jest zjawiskiem powszechnie obserwowanym w tkankach pobudliwych. Poneratoksyna jest uważana za wolno działającego agonistę mięśni gładkich .

Struktura

Peptyd poneratoksyny jest przechowywany w nieaktywnym 25-resztowym peptydzie (sekwencja aminokwasowa FLPLLILGSLLMTPPVIQAIHDAQR) w zbiorniku jadu Paraponera clavata . Struktura drugorzędna charakteryzuje się motywem helisa-zwrot-helisa : dwie helisy alfa połączone skrętem beta .

Poneratoksyna wnikająca do błony komórkowej. Niebieskie obszary są hydrofilowe, a czerwone obszary są hydrofobowe

Dwie helisy alfa utworzone są przez reszty 3–9 na N-końcu i reszty 17–24 na C-końcu i są połączone zwrotem beta na resztach 11–16. Z trójwymiarowego punktu widzenia struktura ta tworzy preferowany kształt litery V, w którym dwie helisy podlegają między sobą luźnym, niekowalencyjnym interakcjom. Jest to godne uwagi ze względu na jej strukturalne podobieństwo do innych peptydów, które oddziałują z błoną i wskazuje, że poneratoksyna będzie również oddziaływać z błoną i w ten sposób wpływać na wbudowane kanały sodowe bramkowane napięciem . Ponadto struktura peptydu zmienia się z a losowa cewka do ustrukturyzowanej helisy-zwrotu-helisy po wprowadzeniu do środowiska dwuwarstwy lipidowej , co wskazuje, że motyw ten jest ważny dla interakcji z błoną.

Jednakże dwie helisy alfa mają wyraźnie różne cechy. N-końcowa helisa alfa jest apolarna, zawiera centralny hydrofobowy z resztami hydrofilowymi na każdym końcu i jest nienaładowana. Ma podobną strukturę do transbłonowego peptydu sygnałowego , co oznacza, że ​​zakotwiczy się w membranie, zakopując hydrofobowy rdzeń w dwuwarstwie. W szczególności nieporęczna i bardzo hydrofobowa fenyloalaniny jest ważna dla interakcji z nienaładowanymi dwuwarstwami lipidowymi, takimi jak te złożone z fosfatydylocholiny . C-końcowa helisa alfa jest amfipatyczna, z jedną stroną zawierającą reszty polarne i naładowane, a z drugiej reszty niepolarne, co napędza wstawianie do błony plazmatycznej. W szczególności wykazano, że dodatnio naładowana arginina i niepolarne reszty alaniny są niezbędne dla siły działania poneratoksyny. Zobacz rysunek, na którym hydrofobowe (czerwone) i hydrofilowe (niebieskie) obszary poneratoksyny i dwuwarstwy lipidowej wyrównują się, co pokazuje, że struktura ewoluuje, aby wstawić się do membrany, co będzie sprzyjać interakcji z kanałami sodowymi bramkowanymi napięciem .

Toksykologia

Wiele osób uważa, że ​​użądlenie przez mrówkę przypomina uczucie bycia postrzelonym. Justin Schmidt , entomolog , który opracował wskaźnik bólu użądlenia Schmidta , opisał to jako „czysty, intensywny, oślepiający ból… jak chodzenie po płonącym węglu drzewnym z trzycalowym gwoździem wbitym w piętę” i uważa użądlenie mrówki-pocisku za najboleśniejsze użądlenie przez owada, jakiego doświadczył. Ból spowodowany użądleniem mrówki kulistej może utrzymywać się przez wiele godzin, nawet do 24 godzin. Zarówno ogromny ból, jak i czas trwania użądlenia wynikają z działania poneratoksyny. Oprócz notorycznego bólu, objawy użądlenia przez mrówki kuliste (a także użądlenia innych mrówek z rodzaju Paraponera , a także rodzaju Dinoponera ) obejmują gorączkę, zimne poty, nudności, wymioty, powiększenie węzłów chłonnych i zaburzenia rytmu serca . [ potrzebne źródło ]

Testy toksyczności wykazały, że LT50 . poneratoksyny dostarczonej przez wstrzyknięcia wirusa do larw S. frugiperda wynosiło 131 godzin po wstrzyknięciu Dawka 10 5 pfu poneratoksyny wystarczała do zabicia larw S. frugiperda , a dawka 10 ng mogła je paraliżować. Na podstawie tych eksperymentów naukowcy uważają, że poneratoksyna może być dobrym kandydatem na bioinsektycyd ze względu na jej neurotoksyczność w stosunku do innych owadów, dzięki czemu może unieruchomić, a nawet zabić zakażone nią owady. Wytwarzanie rekombinowanego wirusa zaproponowano inżynierię bakulowirusa wyrażającego poneratoksynę.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Źródło: „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Poneratoxin&oldid=1115871732 ”