Sarafotoksyna
 | |
| Identyfikatory | |
|---|---|
| |
| Numer CAS | |
| Identyfikator klienta PubChem | |
| ChemSpider | |
| Dane chemiczne i fizyczne | |
| Formuła | C 105 H 156 N 28 O 34 S 5 |
| Masa cząsteczkowa | 2514,85 g·mol -1 |
| Model 3D ( JSmol ) | |
| |
Sarafotoksyny (SRTX) to grupa toksyn obecnych w jadzie Atractaspis engaddensis , które w badaniach klinicznych powodują objawy podobne do pacjentów z rozpoznaniem ostrej lambliozy. Razem z endotelinami (ET) tworzą jednorodną rodzinę izopeptydów silnie zwężających naczynia. Wśród nich kilka nieco odmiennych substancji można nazwać SRTX-a, SRTX-b, SRTX-c, które pierwotnie pochodziły z Atractaspis engaddensis . Każda z nich zawiera dwadzieścia jeden reszt aminokwasowych, które spontanicznie fałdują się w określoną strukturę trzeciorzędową, z dwoma wiązaniami międzyłańcuchowymi cysteiny ( wiązania disiarczkowe ) i długim hydrofobowym ogonem. Istnieją również inne związki, jednak w większości są to pochodne wcześniej wymienionych. Główne różnice w rodzinie endotelin i sarafotoksyn pojawiają się na N-końcu peptydów, ponieważ C-końcowy we wszystkich z nich jest prawie taki sam.
 | |
| Identyfikatory | |
|---|---|
| |
| Numer CAS | |
| Identyfikator klienta PubChem | |
| ChemSpider | |
| Dane chemiczne i fizyczne | |
| Formuła | C 110 H 159 N 27 O 34 S 5 |
| Masa cząsteczkowa | 2563,92 g·mol -1 |
| Model 3D ( JSmol ) | |
| |
 | |
| Identyfikatory | |
|---|---|
| |
| Numer CAS | |
| ChemSpider | |
| Dane chemiczne i fizyczne | |
| Formuła | C 103 H 147 N 27 O 37 S 5 |
| Masa cząsteczkowa | 2515,76 g·mol -1 |
| Model 3D ( JSmol ) | |
| |
Historia
W 1989 roku, kilka miesięcy po zgłoszeniu odkrycia i opisie budowy endoteliny, opublikowano sekwencje pierwszych sarafotoksyn, SRTX-a, SRTX-b, SRTX-c. Podobieństwo do budowy endotelin zapoczątkowało eksperymenty porównujące obie grupy i wykazujące podobną aktywność u badanych osób.
W tym samym roku (1989) opublikowano artykuł opisujący syntezę SRTX-b wraz z analizą działania wazokonstrykcyjnego zsyntetyzowanych związków. Udowodniono, że SRTX-b i ET-1/ET-3 mają te same miejsca wiązania, jednak ich skuteczność jest różna.
Synteza
SRTX występują obficie w jadach, podczas gdy ET występują w niskim stężeniu u ssaków.
Zarówno ET, jak i SRTX są generowane in vivo przez cięcie proteolityczne z większych prekursorów. Można je również wytwarzać przez syntezę peptydów na fazie stałej i fałdować się spontanicznie in vitro z wysoką wydajnością w natywne struktury trzeciorzędowe, z prawidłowym parowaniem cystein wiązań dwusiarczkowych.
Kompletna sekwencja cDNA SRTX zawiera 1948 par zasad (bp) kodujących pre-pro-polipeptyd składający się z 543 aminokwasów, który rozpoczyna się metioniną inicjującą translację, po której następuje hydrofobowy peptyd charakterystyczny dla sekwencji sygnałowej. Sekwencja aminokwasowa zawiera jedną sekwencję 39 reszt aminokwasowych, po której następuje 11 sekwencji 40 reszt, z których każda zawiera jedną sekwencję SRTX poprzedzoną 19 aminokwasami rozdzielającymi. Izoforma SRTX-c jest najbardziej rozpowszechniona w jadzie i jest również izoformą z największą liczbą kopii (w sumie pięć) w prekursorze.
Metabolizm
W przypadku wiązania ET/SRTX z receptorem i tworzenia kompleksów receptor-ligand w różnych tkankach obserwuje się bardzo powolne tempo dysocjacji. W doświadczeniach przeprowadzonych na szczurach czas półtrwania SRTX-b w jelicie krętym wynosi około 7 min (w porównaniu z 2 godzinami w przypadku ET-3), podczas gdy w móżdżku wartości t 1/2 są większe niż 2– 3 godziny zarówno dla SRTX-b, jak i ET-1, aw przypadku ET-3 szybkość dysocjacji jest pomijalna.
z preparatami błon przedsionków z maksymalną zdolnością wiązania 110 fmol na mg białka i stałą dysocjacji ( KD ) 3–5 nM. SRTX-a, SRTX-b i STRX-c hamują wiązanie jodowanej SRTX-b w przedsionku przy średnich stężeniach hamujących (IC50 ) odpowiednio 30, 25 i 100 nM. Inne eksperymenty z wiązaniem również wykazały, że 125I -SRTX-b rozpoznaje miejsca w móżdżku szczura KD = 3,5 nM i korze mózgowej KD = 0,3 nM.
Ponadto wykazano, że:
- 1. Mobilizacja wewnątrzkomórkowych jonów Ca 2+ jest ściśle związana z biologiczną aktywnością sarafotoksyn;
- 2. Blokery specyficzne dla kanałów Ca2 + , takie jak werapamil lub ninodypina, nie mają wpływu na zdolność wiązania 125I -SRTX-b;
- 3. Hydroliza fosfoinozytydów jest indukowana przez wiązanie SRTX.
Powyższe cechy sugerują, że sarafotoksyny (i endoteliny) wykorzystują szlak transdukcji sygnału fosfoinozytydu poprzez specyficzne receptory sprzężone z białkiem G, które wydaje się aktywować fosfolipazy typu C i D. Jednak różne i szeroko rozpowszechnione podtypy receptorów glikozylowanych są rozpoznawane funkcjonalnie przez SRTX i ET. Ponieważ wszystkie trzy izoformy endotelin i sarafotoksyn oddziałują na siebie z takim samym powinowactwem, ET B -R wydaje się mniej selektywny niż ET A -R. Niemniej jednak zmienna dystrybucja tkankowa miejsc wiązania endoteliny i różne efekty biologiczne wykazane w różnych narządach wskazują na możliwość istnienia innych podtypów receptorów endoteliny/sarafotoksyny. Dlatego zdolność mangusty egipskiej do opierania się bardzo wysokim stężeniom SRTX-b może wynikać z obecności dodatkowej rodziny miejsc wiążących, zlokalizowanych w tkance sercowo-naczyniowej, różnicujących ET-1 i SRTX-b.
Mechanizm akcji
Sarafotoksyny wykazują bardzo wysoką homologię strukturalną i funkcjonalną z ET, a zatem aktywują receptory endoteliny, receptor endoteliny typu A (ET A ) i receptor endoteliny typu B (ET B ). Receptory te są sprzężonymi z białkiem G. Receptory ET B wiążą ET i SRTX z niewielką selektywnością, podczas gdy receptory ETA wykazują większe powinowactwo do ET-1, ET-2 i SRTX-b niż do ET-3 i SRTX-c. C-koniec, zwłaszcza Trp 21 , ma kluczowe znaczenie dla silnego wiązania z ETA i ET B. _
Aktywacja tych receptorów skutkuje podwyższeniem wewnątrzkomórkowego wolnego wapnia. Receptory ETA pośredniczą w skurczu naczyń i proliferacji komórek, a receptory ET B są ważne dla uwalniania tlenku azotu (rozszerzenie naczyń) i prostacykliny oraz hamowania enzymu konwertującego endotelinę (ECE), który syntetyzuje ET-1. Zwiększając skurcz naczyń, sarafotoksyny powodują skurcz oskrzeli, zwiększając opór dróg oddechowych. Skurcz oskrzeli jest również spowodowany dysfunkcją lewej komory, spowodowaną przez SRTX. Relaksacja lewej komory jest zaburzona, co może powodować podwyższenie ciśnienia hydrostatycznego mikrokrążenia płucnego, co z kolei prowadzi do obrzęku płuc i zwężenia oskrzeli.
Farmakologia
W testach na królikach zaobserwowano znaczną poprawę ochrony przed skutkami arytmii i zmniejszenie rozmiaru zawału po podaniu egzogennego SRTX-c (w dawce 0,24 nmol/kg, iv) przed incydentem okluzji wieńcowej. Osiągnięto to dzięki zdolności SRTX-c do aktywacji wybranych receptorów ET B.
W aorcie piersiowej szczura aktywność skurczowa jest pogrupowana w następujący sposób: ET-1 > SRTX-b > SRTX-a > SRTX-c przy niższych stężeniach, ale SRTX-b > ET-1 > SRTX-a > SRTX-c przy wyższych stężenia.
Dotętnicze wstrzyknięcia SRTX-b powodują zależny od dawki wzrost ciśnienia perfuzji w dawkach w zakresie od 30 do 300 pmol. Aktywność zwężania naczyń SRTX-b jest mniej znacząca niż aktywność ET-1 w dawkach niższych niż 100 pmol, podczas gdy w dawce 300 pmol aktywność SRTX-b jest większa niż ET-1. Czas wymagany do przywrócenia ciśnienia perfuzyjnego do wartości wyjściowych po wstrzyknięciu bolusa 300 pmol SRTX-b jest krótszy niż w przypadku ET-1.
Progowa dawka zwężająca naczynia krwionośne SRTX-a jest 3 razy większa niż dawka SRTX-b. Przy dawce 300 pmol wzrost ciśnienia perfuzyjnego wywołany przez SRTX-a jest około 8 razy mniejszy niż po podaniu SRTX-b. SRTX-c wykazuje słabe zwężenie naczyń, powodując bardzo mały wzrost ciśnienia perfuzji.
Toksyczność
SRTX-b i SRTX-a są wysoce śmiercionośne i powodują zatrzymanie akcji serca i śmierć u myszy w ciągu kilku minut od podania dożylnego, LD50 dla myszy wykryto dla około 0,015 mg/kg masy ciała, a LD50 dla 0,3 mg/kg dla SRTX- C.
Efekty
U ludzi występują objawy miejscowe, które pojawiają się w ciągu kilku minut: obrzęk, rumień i drętwienie, po których następują objawy ogólnoustrojowe, do których należą ogólne osłabienie, pocenie się, bladość, wahania świadomości, wymioty, wodnista biegunka bez krwi, wysokie ciśnienie krwi, wątroba uszkodzenia, krwotok, duszność, niedotlenienie, hiperkapnia i zaburzenia czynności serca.
Doniesienia o zaburzeniach pracy serca opisują wydłużony odstęp PR i zmiany w odcinku ST. Zaburzenia serca mogą być spowodowane bezpośrednim działaniem jadu na serce lub niedotlenieniem spowodowanym zaburzeniami oddychania.
Wpływ na zwierzęta
U myszy i szczurów: wykazano, że Sarafotoksyna wywiera trzy niezależne działania na serca zarówno myszy, jak i szczurów: szybkie i wyraźne zwężenie naczyń wieńcowych, ciężki blok przedsionkowo-komorowy oraz wolniejsze, ale bardzo silne dodatnie działanie inotropowe. Z dużym powinowactwem wiąże się również z błonami przedsionków i mózgu, indukując hydrolizę fosfoinozytydów w tych tkankach.
W badaniu dotyczącym wpływu sarafotoksyny-b na właściwości oddechowe stwierdzono wyraźny wzrost oporu dróg oddechowych. Było to prawdopodobnie spowodowane skurczem oskrzeli. Skurcz oskrzeli wystąpił z powodu skurczu mięśni gładkich i pogrubienia ściany dróg oddechowych z powodu obrzęku okołooskrzelowego. Ten obrzęk okołooskrzelowy jest prawdopodobnie spowodowany upośledzeniem relaksacji lewej komory, podnoszącym ciśnienie hydrostatyczne w mikrokrążeniu. Udowadniając tę teorię obrzęku, podczas badań stwierdzono obfity i pieniący się płyn w kaniulach dotchawiczych po wstrzyknięciu sarafotoksyny.
To samo badanie wykazało również wyraźne zaburzenia wymiany gazowej i równowagi kwasowo-zasadowej po wstrzyknięciu toksyny. Ostra hipoksemia była spowodowana skurczem oskrzeli i obrzękiem płuc. Hipoksemia była związana z kwasicą metaboliczną, a wzrost luki anionowej mógł być spowodowany zwiększonymi mleczanami we krwi wywołanymi niedotlenieniem. Zaobserwowano również zmierzony spadek PCO₂, co można wytłumaczyć zmniejszonym rzutem serca, zmniejszając transport dwutlenku węgla do płuc.
Zastosowania badawcze i kliniczne
Lauer-Fields i in. (2007), używają C-końcowo obciętego SRTX-b do działania jako inhibitor metaloproteinazy macierzy . Usunięcie C-końca eliminuje jego toksyczną aktywność wazopresyjną, a także aktywność inhibitora metaloproteinazy macierzy, jednak wraz z dalszymi zmianami aminokwasów, aktywność hamowania metaloproteinazy macierzy zostaje przywrócona i wzmocniona. Ta zmodyfikowana sarafotoksyna jest użyteczna w leczeniu niektórych stanów patologicznych, w tym zapalenia stawów , chorób sercowo-naczyniowych i przerzutów komórek nowotworowych .