Protoksyna I
Protoksyna-I , znana również jako ProTx-I lub Beta/omega-terafotoksyna-Tp1a, to neurotoksyna peptydowa złożona z 35 aminokwasów ekstrahowana z jadu ptasznika Thrixopelma pruriens . Protoksyna I należy do hamujących węzłów cystynowych (ICK), o których wiadomo, że silnie hamują kanały jonowe bramkowane napięciem. Protoksyna I selektywnie blokuje niskonapięciowe progowe kanały wapniowe typu T , kanały sodowe bramkowane napięciem i nocyceptorowy kanał kationowy TRPA1 . Ze względu na swoją wyjątkową zdolność wiązania się z TRPA1, Protoksyna I została uznana za cenny odczynnik farmakologiczny o potencjalnych zastosowaniach w kontekście klinicznym w odniesieniu do bólu i stanu zapalnego
Pochodzenie
Protoksyna I to toksyna ekstrahowana z jadu tarantuli Thrixopelma pruriens , znanej również jako peruwiański pająk z zielonego aksamitu. Pająk wykorzystuje go do unieruchomienia i złapania ofiary. Podstawowa struktura peptydu dojrzałej toksyny jest homologiczna do struktury Beta/omega-terafotoksyny-Bp1a z pająka tarantuli Bumba pulcherrimaklaasi , co sugeruje wspólną toksynę w podrodzinie Theraphosinae .
Struktura i miejsce aktywne
Protoxin-I to peptyd posiadający sekwencję 35 aminokwasów Glu-Cys-Arg-Tyr-Trp-Leu-Gly-Gly-Cys-Ser-Ala-Gly-Gln-Thr-Cys-Cys-Lys-His-Leu -Val-Cys-Ser-Arg-Arg-His-Gly-Trp-Cys-Val-Trp-Asp-Gly-Thr-Phe-Ser (patrz tabela 1 dla jednoliterowej sekwencji) z 3 wiązaniami dwusiarczkowymi pomiędzy Cys2 - Cys16 , Cys9-Cys21 i Cys15-Cys28. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego protoksyny I ujawniła dwie nici beta w strukturze białka. Wszystkie toksyny modyfikujące bramkowanie wyizolowane z jadu pająka mają wspólną konserwatywną strukturę molekularną składającą się z warstwy hydrofobowej plamka, wypełniona resztami hydrofobowymi i otoczona pierścieniem reszt naładowanych dodatnio i ujemnie, które ułatwiają wiązanie peptydu z błoną lipidową .
| 1 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| mi | C | R | Y | W | L | G | G | C | S | A | G | Q | T | C | C | K | H | L | V | C | S | R | R | H | G | W | C | V | W | D | G | T | F | S |
Systematyczna wymiana pojedynczych aminokwasów na alaninę pozwala ujawnić cechy odpowiedzialne za toksyczność Protoksyny I. Jako takie, zamienniki R3A, W5A, K17E, L19A, S22A, R23A, W27A, V29A, W30A, D31A, G31A, F34A zmniejszają zdolność toksyny do hamowania kanałów sodowych NaV 1.2 . Podobnie zamienniki L6A, L19A, W27A, V29A, W30A, D31A również zmniejszają jego działanie hamujące na NaV 1.7. Wreszcie, zamienniki Q13A, L19A, S22A, W30A, F34A, S35A ujawniają miejsca aktywne wiązania Protoksyny-I z receptorami TRPA1. Te zastąpienia polegające na utracie funkcji reprezentują przede wszystkim reszty w obszarze hydrofobowym oraz dodatnio i ujemnie naładowane pierścienie, co dodatkowo potwierdza pogląd, że regiony te odgrywają ważną rolę w wiązaniu kanałów jonowych.
Toksykodynamika
Podobnie jak inne toksyny pająków modyfikujące bramkowanie, Protoksyna I preferencyjnie wiąże się z błonami zawierającymi anionowe lipidy , gdzie wykazuje złożone interakcje allosteryczne z domenami czujników napięcia kanału jonowego. Po związaniu się z błoną lipidową, Protoksyna I zajmuje płytką pozycję na błonie anionowej za pomocą tryptofanu w obszarze hydrofobowym, gdzie dodatnio i ujemnie naładowane pierścienie toksyny są następnie w stanie związać się z konserwatywnymi sekwencjami hydrofobowymi i reszty anionowe na kanałach jonowych bramkowanych napięciem.
Kanały sodowe bramkowane napięciem
Podobnie jak inne toksyny modyfikujące bramkowanie z rodziny ICK, Protoksyna-I działa poprzez przesunięcie zależności napięcia aktywacji kanałów sodowych bramkowanych napięciem na bardziej dodatnie potencjały . Protoksyna I różni się od innych toksyn ICK, ponieważ Protoksyna I wykazuje niewielką selektywność między kanałami sodowymi, a zatem jest zdolna do silnego hamowania TTX w neuronach czuciowych poprzez interakcję z kanałem Na v 1.8. Stwierdzono, że protoksyna I silnie wiąże się z Na V 1,2, Na V 1,6, Na V 1,7 i Na V 1,8. Podjednostka α tworząca pory kanałów sodowych bramkowanych napięciem składa się z 4 homologicznych domen, z których każda ma własną domenę czujnika napięcia. Badania wykazały, że Protoksyna I oddziałuje z domenami czujnika napięcia domeny II i domeny IV, w ten sposób funkcjonalnie hamując kanał. Uważa się, że rozwiązłość protoksyny I w wiązaniu z kanałami sodowymi bramkowanymi napięciem wynika z dużej ilości dodatnio naładowanych reszt na powierzchni peptydu, które wiążą się z konserwatywnymi sekwencjami aminokwasowymi na powierzchni domeny czujnika napięcia na kanałach sodowych. Pogląd ten jest jeszcze bardziej cofnięty przez fakt, że Protoksyna I wiąże się słabiej z Na V 1.4 i Na V 1.5, które wykazują stosunkowo mniej reszt anionowych w domenie czujnika napięcia.
Nienawidzone przez napięcie kanały wapniowe typu T
Stwierdzono również, że protoksyna I przesuwa zależność aktywacji kanałów wapniowych typu T od napięcia . W szczególności Protoksyna-I jest w stanie odróżnić kanały Ca V 3.1 od innych ludzkich kanałów wapniowych typu T, wykazując 160-krotny wzrost siły działania w porównaniu z Ca V 3.2 i 10-krotny wzrost siły działania w stosunku do Ca V 3.3. Protoksyna I przesuwa zależność napięciową aktywacji kanałów wapniowych typu T na bardziej dodatnie potencjały, nie zmieniając swojej zależności napięciowej od inaktywacji. Poprzez zastosowanie chimeru białek kanałowych, stwierdzono, że łącznik S3-S4 w domenie IV białka kanałowego Ca V 3.1 ma większą wrażliwość na Protoksynę I, co sugeruje, że domena ta wykazuje specyficzne reszty, które są podatne na wiązanie Protoksyny I.
Przejściowy potencjał receptora ankyryna 1 (TRPA1)
Stwierdzono, że protoksyna jest pierwszym peptydowym antagonistą TRPA1 o wysokim powinowactwie. TRPA1 jest głównym kanałem nocyceptorowym ulegającym ekspresji na błonie komórkowej wielu komórek ludzkich i zwierzęcych. Stwierdzono, że Na V 1.2 i TRPA1 mają częściowo homologiczne miejsca wiązania, przez które Protoksyna-I wiąże się z tymi kanałami jonowymi. Te powierzchnie wiążące są, podobnie jak kanały sodowe, zlokalizowane w pętlach zewnątrzkomórkowych domeny bramkowej S1-S4 kanału TRPA1.
Zastosowania terapeutyczne
Badania in vivo na myszach wykazały, że dokanałowe wstrzyknięcie Protoksyny I zmniejsza reakcję na formalinę w przypadku ostrego bólu i stanu zapalnego , bez objawów neurotoksyczności .
mechanizmem bramkowania TRPA1 lub NaV 1.2 . Może to zapewnić głębszy wgląd w funkcję biofizjologiczną i mechanizmy leżące u podstaw TRPA1, z potencjalnymi zastosowaniami klinicznymi w leczeniu bólu i stanów zapalnych. TRPA1 stanowi ostateczną wspólną ścieżkę dla wielu patofizjologicznych bólów wywołanych pronocyceptywami, dlatego można oczekiwać, że terapia bólu przy użyciu antagonistów TRPA1 będzie miała zastosowanie farmakologiczne